Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
PROGRAM: RAZREDNI POUK
UPORABA INFRARDEČE KAMERE PRI
OBRAVNAVI POJMOV TOPLOTA IN
TEMPERATURA V 5. RAZREDU OŠ
DIPLOMSKO DELO
Mentorica: Kandidatka:
doc. dr. Katarina Susman Katja Debevec
Ljubljana, avgust 2016
II
III
ZAHVALA
Nikoli ne boš vedel,
kaj zmoreš,
dokler ne narediš prvega koraka
in greš nato naprej.
(Nastja Klavže)
Čeprav je dolgo in potrpežljivo čakal, me podpiral in vzpodbujal, moj dragi mož Gašper
tega zaključka ni dočakal. Nadvse sem mu hvaležna za vso podporo in neskončno
potrpežljivost in ljubezen, ki sem je bila deležna z njegove strani in mu bom za to večno
hvaležna. Rada te imam, poljub v nebesa.
Rada bi se zahvalila svoji družini, posebej staršema. Ati in mami, HVALA, ker sta me
podpirala, mi stala v vseh pogledih ob strani in me vzpodbujala k dokončanju študija.
Vsem se zahvaljujem tudi za vse urice, ko ste skrbeli za otroka.
Zahvaljujem se mentorici dr. Katarini Susman, ki mi je nesebično nudila svoj čas in
strokovno pomoč ter številne nasvete, ki so mi pomagali pri pisanju diplomskega dela.
Zahvala gre tudi PGD Podpeč, ki mi je omogočilo delo z IR kamero.
In, v tej zahvali na zadnjem mestu, v mojem življenju pa na prvem... Hvala mojima
sončkoma Uli in Boru, ki sta mi predstavljala najboljšo motivacijo za dokončanje
nedokončanega.
IV
V
POVZETEK
S pojmi, kot so toplotni tok, toplota in temperatura se učenci v osnovni šoli konkretneje
srečajo šele v 5. razredu. Pojmi s prostimi očmi niso vidni, zato jih je učencem težje
konkretno predstaviti. Prav pri tematiki o toploti in temperaturi prihaja do pogostih
napačnih predstav.
V doplomskem delu je predstavljen pregled učnih načrtov za osnovno šolo in ciljev
povezanih s toploto in temperaturo. Obenem so zbrane najpogostejše napačne predstave v
povezavi z omenjenima pojmoma. Pripravila sem še pregled eksperimentov o toploti in
temperaturi, ki jih predlagajo učbeniki in delovni zvezki za naravoslovje in tehniko v 5.
razredu osnovne šole.
V teoretičnem delu so predstavljena teoretična izhodišča za obravnavo pojmov toplota,
temperatura, toplotni tok, toplotni prevodniki in izolatorji. Predstavljeno je
elektromagnetno valovanje, katerega del je tudi infrardeče (IR) sevanje, termografija in z
njo povezana IR merilna instrumenta, IR termometer in IR kamera.
Ker je smiselno, da se šolski prostor prilagaja novostim in vključuje sodobno tehnologijo
ter njene prednosti v pouk, sem kot učni pripomoček pri obravnavi vsebin o toploti in
temperaturi izbrala infrardečo (IR) kamero. Ta na razumljiv in vizualno privlačen način
prikaže dogajanje med izvajanjem aktivnosti, povezanih s toploto in temperaturo. Izvedba
in interpretacija eksperimentov z IR kamero predstavlja dobro izhodišče za obravnavo
pojmov pri tematikah energija, toplota, temperatura, toplotni prevodniki in izolatorji, ki
so umeščeni v učne načrte v višjih razredih osnovne šole. Na osnovi posnetkov z IR
kamero in fotografij z običajnim fotoaparatom je namesto klasičnega preverjanja ali
utrjevanja znanja zasnovana didaktična igra, za katero je značilno, da sledi točno
določenim vzgojno-izobraževalnim ciljem.
Pripravljena gradiva bodo učitelji lahko neposredno uporabili v razredu na dva načina – z
ali brez uporabe IR kamere. Učencem bodo tako lahko predstavili tematiko s serijo
VI
eksperimentov, ki v smiselnem in po zahtevnosti postopnem vrstnem redu obravnavajo in
vpeljujejo pojme toplota, temperatura in toplotna prevodnost.
KLJUČNE BESEDE:
Temperatura, toplota, infrardeča kamera, termografija, didaktična igra.
VII
TEACHING HEAT AND TEMPERATURE USING
INFRARED CAMERA IN 5th GRADE
ABSTRACT
Pupils in primary school encounter and start learning about terms such as heat flux, heat
and temperature in 5th
grade. These terms cannot be seen with the naked eye, and
therefore it takes more effort to be able to explain them to the pupils. Especially the terms
heat and temperature often cause misconceptions.
In the diploma thesis there is an overview of how often the terms heat and temperature
appear in the primary school curriculum, and an overview of the most common false
perceptions concerning these two terms. Furthermore, there is an overview of heat and
temperature experiments suggested in textbooks and workbooks for the 5th
grade subject
science and technique.
In theoretical part of diploma thesis, the theoretical starting points for the discussion
regarding the terms heat, temperature, heat flux, thermal conductivity and insulation are
presented. Electromagnetic radiation and its familiar infrared radiation are described, as
well as thermography and its related measuring instruments – infrared thermometer and
infrared camera.
School curriculum should adjust to the novelties and include contemporary technology
and its benefits in lessons, therefore I decided to present infrared camera as a teaching
accessory for the discussion of the topics heat and temperature. Infrared camera
demonstrates the activities that are happening when heat and temperature are detected in a
comprehensible and visually attractive way. Infrared camera experiment performance and
interpretation are a useful starting point for the discussion of the topics such as energy,
heat, temperature, heat conductivity and insulation, which are included in the curriculum
in higher primary school grades. Instead of usual methods for refreshing and testing
VIII
knowledge, infrared camera recordings and photographs taken by camera are used for
designing a didactic game that follows well-defined educational goals.
Teachers will be able to use the prepared materials immediately in class in two ways –
with or without infrared camera. The topics heat, temperature and thermal conductivity
will be presented and explained to the pupils gradually and logically by performing a set
of experiments.
KEY WORDS:
Temperature, heat, infrared camera, thermography, didactic game.
KAZALO
1 UVOD.............................................................................................................................1
2 TEORETIČNA IZHODIŠČA ........................................................................................3
2.1 ELEKTROMAGNETNO VALOVANJE ..................................................................... 3 2.2 TOPLOTA, TEMPERATURA IN NOTRANJA ENERGIJA ...................................... 4 2.3 PRENOS TOPLOTE .................................................................................................... 6
2.3.1 Toplotno prevajanje ali kondukcija ..................................................................................... 6 2.3.2 Toplotna konvekcija ............................................................................................................ 8 2.3.3 Toplotno sevanje ............................................................................................................... 10
2.4 TERMOGRAFIJA IN MERILNI INSTRUMENTI .................................................... 12 2.4.1 IR termometer ................................................................................................................... 12 2.4.2 IR kamera .......................................................................................................................... 13
3 EMPIRIČNI DEL .........................................................................................................19
3.1 PREGLED UČNIH CILJEV O TOPLOTI IN TEMPERATURI PO RAZREDIH OŠ 19 3.2 PREGLED VSEBIN O TOPLOTI, TOPLOTNIH TOKOVIH IN TEMPERATURI V
TRENUTNO VELJAVNIH UČBENIKIH ZA 5. RAZRED OŠ ...................................... 22 3.3 PROBLEMATIKA RAZUMEVANJA POJMOV TOPLOTA IN TEMPERATURA 27 3.4 SEZNANJANJE UČENCEV Z DELOVANJEM IR KAMERE ................................ 29 3.5 AKTIVNOSTI ZA RAZUMEVANJE OSNOVNIH POJMOV O TOPLOTI IN
TEMPERATURI S POMOČJO IR KAMERE ................................................................. 33 3.5.1 Temperaturo merimo s termometrom ................................................................................ 33 3.5.2 Toplotni tok ....................................................................................................................... 37 3.5.3 Prevodniki in izolatorji ...................................................................................................... 50
4 DIDAKTIČNA IGRA ..................................................................................................59
5 ZAKLJUČEK ...............................................................................................................63
6 LITERATURA IN VIRI..............................................................................................65
7 PRILOGE .....................................................................................................................71
7.1 KARTONČKI ZA DIDAKTIČNO IGRO .................................................................. 71 7.2 PREDLOGI ZA ODGOVORE NA VPRAŠANJA PRI DIDAKTIČNI IGRI............. 80
X
XI
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Spekter EM valovanja (Spekter elektromagnetnega valovanja, b. d.) .............3
Slika 2.2: Gibanje delcev v snovi z nižjo temperaturo (a) in v snovi z višjo
temperaturo (b) (Koškin, Širkevič, 2003)..........................................................................6
Slika 2.3: Trije načini prenosa toplote (Težak, 2008) .......................................................6
Slika 2.4: Konvekcijsko gibanje zraka ob radiatorju in vode v radiatorju (Težak,
2008) ..................................................................................................................................9
Slika 2.5: Konvekcijsko ogrevanje z radiatorjem (Težak, 2008) .....................................9
Slika 2.6: Toplotno sevanje, ki ga oddaja ogenj (Težak, 2008)......................................10
Slika 2.7: Žarenje kovine, ki je močno segreta (Hammer on a hot iron, n. d.) ...............11
Slika 2.8: IR termometer (Infrardeči termometer) ..........................................................13
Slika 2.9: Presek skozi sodobno termokamero z nehlajenim detektorjem IR sevanja
(Tršan, 2007) ...................................................................................................................14
Slika 2.10: Termogram (Termogram) .............................................................................16
Slika 3.1: Prikaz različnih termometrov v učbenikih ((a) Mežnar, Slevec in Štucin,
2015; (b) (Krnel, Bajd, Oblak, Glažar in Hostnik, 2009) ................................................23
Slika 3.2: Primeri toplotnih tokov v vsakdanjem življenju (Skribe Dimec, Gostinčar
Blagotinšek, Florjančič, in Zajc, 2012) ...........................................................................23
Slika 3.3: Živali se pred mrazom zaščitijo z različnimi mehanizmi – s kožuhom,
perjem, debelo usnjato kožo, podkožnim maščevjem (Mežnar, Slevec in Štucin,
2015) ................................................................................................................................24
Slika 3.4: Učenci preizkušajo prevodnost različnih materialov s pomočjo žlic v
loncu z vročo vodo ((a) Mežnar, Slevec in Štucin, 2015; (b) Mesojedec, Hribar
Kojc, Jenko in Mesojedec, 2016) ....................................................................................25
Slika 3.5: Učenci kozarček z vodo postavijo v večji kozarec z vodo, ovijejo ga v
papir, v blago, enega pa pustijo v kozarcu z zrakom (Mesojedec, Hribar Kojc, Jenko
in Mesojedec, 2016) ........................................................................................................25
Slika 3.6: Merjenje temperature ohlajajajoče se vode v lončku na mizi na prostem
(a), v posodi z vodo (b) in s pomočjo dovajanja hladnega zraka (c) (Grubelnik,
Marhl, Čuješ, Virtič in Mastnak, 2006) ...........................................................................26
Slika 3.7: Merjenje temperature zraka pri tleh ter višje (Kolman, Mati Djuraki,
Furlan, Klanjšek Gunde, Jaklin in Jerman, 2010) ...........................................................27
Slika 3.8: Osnovni sestavni deli IR kamere (Argus 4 Firefighter camera) .....................30
XII
Slika 3.9: Skodelica vročega čaja in sladoled ................................................................ 31
Slika 3.10: Pogled na skodelico vročega čaja in hladnega sladoleda skozi IR
kamero............................................................................................................................. 32
Slika 3.11: Lestvica barv, ki se prikazujejo na ekranu IR kamere ................................. 32
Slika 3.12: Ekran IR kamere .......................................................................................... 33
Slika 3.13: Prikaz merjenja temperature z alkoholnim termometrom (a) ter z
digitalnim termometrom (b) ............................................................................................ 35
Slika 3.14: Merjenje temperature s pomočjo IR termometra, kjer rdeča pika
nakazuje sredino območja merjenja ................................................................................ 37
Slika 3.15: Kovinsko ploščo segrevamo s plamenom vžigalnika .................................. 38
Slika 3.16: Časovno sosledje slik širjenja toplote po kovinski plošči – toplota se širi
v smeri od toplotnega vira navzven ................................................................................ 39
Slika 3.17: Opazovanje vroče in hladne kocke, ki sta v stiku. Vroča kocka oddaja
toploto hladni kocki. Toplota prehaja iz vroče na hladno kocko. ................................... 40
Slika 3.18: Časovno sosledje slik: Toplota vedno prehaja s telesa z višjo
temperaturo na telo z nižjo temperaturo. Sosledje slik prikaže tudi pomanjkljivost
uporabljene IR kamere in sprotnega prilagajanja barvnih območij. ............................... 41
Slika 3.19: Časovno sosledje slik: Pogled na lonec z vodo s strani (a) in z vrha (b) ..... 43
Slika 3.20: Časovno sosledje slik: Pogled na lonec z vodo z IR kamero s strani (a)
in z vrha (b) ..................................................................................................................... 44
Slika 3.21: Roko položimo na hladno steno (a) in jo čez nekaj časa odmaknemo.
Dogajanje spremljamo z IR kamero (b). ......................................................................... 46
Slika 3.22: Časovno sosledje slik: Toplotni tok teče od roke v steno, ki se ob tem
lokalno segreje. Ko roko odmaknemo, se stena počasi ohlaja in »sled roke« na steni
izginja. ............................................................................................................................. 46
Slika 3.23: Nogo položimo na hladna tla (a) in jo čez nekaj časa odmaknemo. S
prostim očesom ne vidimo ničesar (b). ........................................................................... 47
Slika 3.24: Časovno sosledje slik: Toploto našega telesa z nogo prenesemo na tla.
Ta se nato počasi ohlajajo in naša sled na tleh izginja. ................................................... 47
Slika 3.25: Odtisi naših stopal na tleh. Tisti z začetka »sprehoda« so slabše vidni
kot tisti na koncu. ............................................................................................................ 47
Slika 3.26: Eno roko položimo na leseno oblogo, drugo pa na steno. Tako ju držimo
nekaj časa. ....................................................................................................................... 48
XIII
Slika 3.27: Časovno sosledje slik postopnega izginjanja sledi rok. Levo roko smo
držali na leseni oblogi, desno roko pa na steni. Roki smo istočasno odmaknili. Sled
na leseni oblogi je bila dlje vidna, saj je les slabši toplotni prevnodnik. ........................48
Slika 3.28(a1): Levo kozarček s hladno vodo, prazen kozarček in desno kozarček z
vročo vodo .......................................................................................................................50
Slika 3.28(a2): Prazen kozarček do polovice napolnimo s hladno vodo, nato do
vrha dolijemo vročo vodo ................................................................................................50
Slika 3.28(a3): Levo kozarček s hladno vodo, srednji kozarček z mešanico vroče in
hladne vode ter desno kozarček z vročo vodo .................................................................50
Slika 3.29(b1, 2, 3): Posnetki aktivnosti z IR kamero ....................................................50
Slika 3.30: Termogram plošč (levo stiroporna, desno kovinska), ki sta v
temperaturnem ravnovesju z okolico ...............................................................................51
Slika 3.31: Vroči kovinski kocki istočasno položimo na plošči (a) in dogajanje
opazujemo z IR kamero (b) .............................................................................................52
Slika 3.32: Časovno sosledje slik ohlajanja vročih kovinskih kock na plošči iz
stiroporja (levo) in na kovinski plošči (desno) ................................................................52
Slika 3.33: Termogram plošč (levo stiroporna, desno kovinska), ki sta v
temperaturnem ravnovesju z okolico ...............................................................................53
Slika 3.34: Hladni kovinski kocki istočasno položimo na plošči (a) in dogajanje
opazujemo z IR kamero (b) .............................................................................................54
Slika 3.35: Časovno sosledje slik segrevanja hladnih kovinskih kock na plošči iz
stiroporja (levo) in na kovinski plošči (desno) ................................................................54
Slika 3.36: Plošče so iz različnih materialov (a), a imajo enako temperaturo, kar
opazimo tudi na IR kameri (b).........................................................................................55
Slika 3.37: Časovno sosledje slik pri taljenju kocke ledu na različnih podlagah.
Pogled s prostim očesom (a) ter z IR kamero (b). ...........................................................56
Slika 4.1: Kartonček z vprašanji za didaktično igro .......................................................60
XIV
AKRONIMI IN OKRAJŠAVE
V diplomskem delu so uporabljene naslednje okrajšave:
IR infrardeč
EM elektromagnetno
UN učni načrt
OŠ osnovna šola
K kelvin
µm mikrometer
UV ultravijolično
J džul
1 UVOD
Toplotni tokovi, toplota in temperatura so abstraktni pojmi, ki prostim očem niso
vidni. Usvajanje pojmov o toploti in temperaturi je za mlajše učence zahtevno in se
prav pri teh tematikah pojavljajo napačne predstave, kar je raziskovalo več avtorjev,
tako domačih kot tujih (Sözbilir, 2003; Alwan, 2010; Buh, 2015). Toplota,
temperatura in toplotni tokovi so pojmi, ki so vključeni v učni načrt za spoznavanje
okolja, naravoslovje in tehniko in naravoslovje v 3., 5. in 6. razredu osnovne šole
(Kolar, Krnel in Velkavrh, 2011; Vodopivec, Papotnik, Gostinčar Blagotinšek,
Skribe Dimec in Balon, 2011; Skvarč idr., 2011). Za mlajše učence je pomembno,
da nove pojme usvajajo ob lastni aktivnosti na temeljih predznanja in izkušenj.
Priporočljivo je, da učitelj pripravi aktivnosti tako, da otroke motivira za delo.
Uporaba sodobnih naprav in naprav, ki jih tudi v vsakdanjem življenju učenci
uporabljajo, je gotovo ena od možnosti. Živimo namreč v času moderne
tehnologije, ki nas spremlja na vsakem koraku. Smiselno je, da se šolski prostor
prilagaja novostim in vključuje sodobno tehnologijo ter njene prednosti v pouk, na
kar nas opozarjajo tudi različni avtorji v publikaciji Posodobitve pouka v osnovni
šoli (Žakelj idr, 2014). Ena od sodobnih naprav je infrardeča (IR) kamera, ki se
kaže kot primeren učni pripomoček, saj na razumljiv in vizualno privlačen način
prispeva k boljšemu razumevanju dogajanja med izvajanjem eksperimentov,
povezanih s toploto in toplotnim tokom (M. Vollmer, K.-P. Möllmann). Klasične
eksperimente, ki jih običajno izvajamo pri pouku naravoslovja in tehnike ter
spoznavanju okolja v prvih dveh triletjih osnovne šole, lahko izvedemo z uporabo
in prikazom na IR kameri. Tako dopolnjeni predstavljajo dobro izhodišče za
kasnejšo obravnavo pojmov pri tematikah energija, toplota, temperatura, toplotni
prevodniki in izolatorji, ki so umeščeni v UN za naravoslovje in fiziko v tretjem
triletju OŠ (Skvarč idr., 2011; Verovnik idr., 2011).
Na tržišču najdemo IR kamere že za povsem dostopne cene, ki naj bi se v
prihodnosti še nižale (M. Vollmer, K.-P. Möllmann). Ena od možnosti za dostop do
2
IR kamer je, da šole vzpostavijo stik z okoliškimi gasilskimi društvi, ki razpolagajo
z IR kamerami ter v sodelovanju z njimi izvedejo naravoslovno-tehniške dni.
V okviru diplomskega dela želim načrtovati in pripraviti serijo eksperimentov o
toploti in temperaturi za učence 5. razreda, pri katerih bom uporabila IR kamero kot
učni pripomoček. Eksperimente bom natančno opisala, navedla pripomočke za
izvedbo poskusov in podala navodila za učitelja s postavitvami poskusov.
Opredelila bom cilje, ki jih bodo učenci s posamezno aktivnostjo dosegli. Iz navodil
za učence in priporočil za učitelje bo jasno razvidno, katere pojme bodo učenci
spoznavali. Podana bo razlaga vsebin in izidov eksperimentov ter vsebinske
povezave med njimi. Na osnovi posnetkov z IR kamero in fotografij z običajnim
fotoaparatom bom namesto klasičnega preverjanja ali utrjevanja znanja zasnovala
didaktično igro. Za metodo didaktične igre sem se odločila predvsem zato, ker je
zanjo značilno, da sledi točno določenim vzgojno-izobraževalnim ciljem (Zupančič,
2011; Majcen, 2014) in prispeva k motivaciji ter sproščenemu učnemu okolju, kar
se je pokazalo v nekaj aktualnih pedagoških raziskavah (Buh, 2015; Novak, 2016;
Mesec, 2015; Iglič, 2016).
V teoretičnem delu diplomskega dela so podana izhodišča za obravnavo pojmov
toplota in temperatura v 5. razredu OŠ. Predstavljeno je elektromagnetno valovanje,
katerega del je tudi IR sevanje, opisani in predstavljeni so pojmi toplota,
temperatura in notranja energija, toplotni tok ter toplotni prevodniki in izolatorji.
Predstavljena je termografija in z njo povezana IR merilna instrumenta, IR
termometer in IR kamera (njuna sestava, uporaba in delovanje).
V empirični del je vključen pregled pojava pojmov toplota in temperatura v učnih
načrtih za osnovno šolo, predstavljen je pregled najpogostejših napačnih predstav v
povezavi s pojmoma. Zasnovane in pripravljene so aktivnosti in eksperimenti na
temo toplote in temperature v okviru tematskega sklopa pojavi za učence 5. razreda,
pri katerih je osrednji pripomoček IR kamera. V petem poglavju je zasnovana in
izdelana didaktična igra, ki učencem omogoča poglobljeno ponavljanje in
utrjevanje znanja. V zadnjem poglavju so podani zaključki ter možne dodelave
oziroma izboljšave, ki jih lahko učitelji uresničijo pri pouku toplote in temperature z
uporabo IR kamere.
3
2 TEORETIČNA IZHODIŠČA
Pri uporabi IR kamere osnovno predstavlja IR sevanje, ki je del elektromagnetnega
valovanja.
2.1 ELEKTROMAGNETNO VALOVANJE
Sonce je vir elektromagnetnega valovanja, ki oddaja vse valovne dolžine, ki jih
popisuje spekter elektromagnetnega (EM) valovanja. Spekter EM valovanja je
oznaka za celoten razpon valovnih dolžin oziroma frekvenc. Spekter EM valovanja
lahko razdelimo v posamezne skupine, ki imajo različno energijo, valovno dolžino
in frekvenco. Najbolj poznani del spektra je vidna svetloba, poleg tega pa so v
spektru prisotni še radijski valovi, mikrovalovi, infrardeči valovi, ultravijolična
svetloba, rentgenski žarki in žarki gama (Oštir, 2006). V naši okolici najdemo
številne naprave, ki tudi predstavljajo vire posameznih vrst valovanj, npr.
mikrovalovna pečica, mobilni telefoni, routerji so viri mikrovalov, radijske antene
in radijski sprejemniki oddajajo in sprejemajo radijske valove, solariji in
ultravijolične svetilke oddajajo ultravijolično (UV) valovanje itd. (slika 2.1).
Slika 2.1: Spekter EM valovanja (Spekter elektromagnetnega valovanja, b. d.)
4
Valovanje se od Sonca širi v prostor in doseže tudi Zemljo. Atmosfera del
valovanja absorbira, del prepusti in del odbije. Zaradi elektromagnetnega sevanja
Sonca se tako Zemljino površje segreva. Ponoči, ko Sonce del Zemlje ne osvetljuje,
Zemlja seva nazaj v vesolje, zato se površje Zemlje ponoči ohlaja. Del valovanja, ki
ga površje absorbira, pa se izseva v obliki termičnega, IR valovanja, ki je osnova za
daljinsko zaznavanje s pomočjo IR kamer in IR termometrov (Oštir, 2006).
Že samo ime pove, da IR kamera zazna infrardeče valovanje, ki ga pogosto
imenujemo kar toplota. Infrardeče sevanje je pred skoraj 200 leti odkril sir William
Herschel (1738–1822), ko je ugotovil, da med merjenjem toplotnih učinkov
sončnega sevanja obstaja tudi sevanje nad rdečo svetlobo zunaj vidnega področja
(Andrassy, Borass, Švaić, 2000). To je valovanje v območju med 0,75 μm in 1000
μm. Na splošno ga lahko razdelimo na tri dele, in sicer na daljno infrardečo (10
μm–1000 µm), srednjo infrerdečo (2,5 μm–10 μm) ter bližnjo infrardečo (0,75 µm–
2,5 μm), ki meji na vidno svetlobo (Oštir, 2006).
Infrardeča termografija ali krajše termografija je prikaz toplotne slike na osnovi
nekontaktnega merjenja toplotnega sevanja, ki leži v infrerdečem delu
elektromagnetnega spektra. Termografija ali termovizija je tehnologija, ki v
stvarnem času pretvarja toplotno sliko v vidno (Težak, 2005).
Za pravilno razumevanje delovanja termografije bom v nadaljevanju predstavila
fizikalne osnove, ki jih je potrebno poznati pri uporabi IR kamere. Podrobneje bom
opisala osnovne pojme, kot so notranja energija telesa, temperatura in toplota, ter
predstavila tri načine prenosa toplote.
2.2 TOPLOTA, TEMPERATURA IN NOTRANJA ENERGIJA
Toplota, temperatura in notranja energija so osnovni pojmi, ki jih učenci
obravnavajo v času svojega šolanja. Na kratko bodo predstavljeni in podani bodo
primeri obravnave omenjenih pojmov, kot jih predlagajo avtorji trenutno veljavnih
učbenikov za predmet naravoslovje in tehnika v 5. razredu OŠ.
5
Temperatura je ena osnovnih termodinamičnih spremenljivk, ki določa stanje teles.
Z njo določimo, kako toplo oziroma kako hladno je nekaj. Pojem temperature dobro
poznamo iz vsakdanjega življenja, saj se nam zdi, da imamo občutek zanjo. Pri
določanju, kaj je topleje in kaj hladneje, si do neke mere res lahko pomagamo s
svojimi čutili, včasih pa nas ta lahko tudi zavedejo. Če stojimo na ploščicah v
kopalnici, nas zebe v noge, če pa se prestopimo na preprogo, se nam zdi topleje. V
resnici so ploščice in preproga v toplotnem ravnovesju in imajo isto temperaturo.
Razlog za različno zaznavanje najdemo v toplotni prevodnosti snovi in toplotnih
tokovih, ki tečejo med ploščicami in stopali. Za objektivno določanje temperature
zato uporabljamo termometre, ki so natančnejši kot naša čutila. Ti za merjenje
temperature uporabljajo temperaturno odvisnost neke lastnosti snovi. Alkoholni
termometer izkorišča temperaturno prostorninsko raztezanje alkohola, digitalni
termometer pa spreminjanje električne prevodnosti v odvisnosti od temperature
(Kladnik, 1991).
Občutek, kako toplo se zdi telo, ko se ga dotaknemo, je spremljal ljudi od nekdaj.
Temperaturo je bilo sicer mogoče natančno izmeriti, vendar njen pomen ni bil
popolnoma jasen. Zadrega se pogosto kaže še danes, ko pogosto zaznamo težavo pri
razumevanju razlik med temperaturo in toploto. Prvi, ki je jasno ločil obe količini,
je bil Joseph Black (1728–1799). Leta 1764 je pri izvajanju poskusov uvidel, da se
količina toplote razlikuje od jakosti toplote, ki jo merimo s temperaturo. Led se
namreč tali, ko mu dovajamo toploto, ne da bi se mu spremenila temperatura, prav
tako izpareva tudi voda, ko ji dovajamo toploto, ne da bi se ji pri tem spremenila
temperatura (Strnad, Rosina, Ramšak, 1996).
Vsako telo je sestavljeno iz atomov in molekul snovi, ki se neprestano gibljejo. To
gibanje imenujemo termično gibanje. V plinu in kapljevinah se atomi ali molekule
gibljejo po prostoru, v trdnih snoveh pa okoli svojih ravnovesnih leg. Hladnejše, kot
je telo, počasneje se delci premikajo in nasprotno, toplejše, kot je telo, hitreje se
delci v snovi premikajo (slika 2.2). Notranja energija snovi je tako sestavljena iz
kinetične energije termično gibajočih se molekul, potencialne energije zaradi sil
med molekulami in vezavne energije posameznih molekul (Koškin, Širkevič, 2003).
6
(a) (b)
Slika 2.2: Gibanje delcev v snovi z nižjo temperaturo (a) in v snovi z višjo temperaturo (b) (Koškin,
Širkevič, 2003)
Notranja energija telesa se spremeni, če prejme ali odda neko delo ali toploto ali
oboje hkrati (Koškin, Širkevič, 2003). Toplota pa je energija, ki brez dodatnega dela
preide s toplejšega na hladnejše telo (Kuščer, Moljk, 1988).
2.3 PRENOS TOPLOTE
Poznamo tri načine prehajanja toplote s telesa na telo (slika 2.3): prevajanje ali
kondukcija (2.3.1), konvekcija (2.3.2) in sevanje (2.3.3). Vsi načini so podrobneje
predstavljeni v nadaljevanju.
Slika 2.3: Trije načini prenosa toplote (Težak, 2008)
2.3.1 Toplotno prevajanje ali kondukcija
Toplota se prenaša oziroma prevaja, ko sta dve telesi z različnima temperaturama v
stiku, ta je lahko neposreden ali preko neke druge snovi. Prehajanja toplote s
prostim očesom ponavadi ne zaznamo. Opazimo pa posledice, ponavadi je to
7
znižanje temperature na eni strani in zvišanje temperature na drugi strani (Kuščer,
Moljk, 1988).
Prehajanje toplote imenujemo toplotni tok. Toplotni tok teče med telesoma, ki sta v
stiku in je odvisen od temperaturne razlike (večja kot je razlika v temperaturah, tem
večji bo toplotni tok), od površine (čim večja je površina, tem večji je toplotni tok)
in od vmesne snovi (čim večja je toplotna prevodnost vmesne snovi, tem večji
toplotni tok teče) (Iskrić, n. d.).
Prevajanje toplote se dogaja tudi v mirujočih kapljevinah in plinih. Ko del telesa
segrejemo, se gradniki v tem delu začneju gibati hitreje, živahnejše gibanje delcev
se prenese na druge gradnike telesa in toplota se tako počasi razširi skozi kapljevino
oziroma plin. Kako hitro prehaja toplota med delci snovi, je odvisno od vrste snovi,
njene temperature in tlaka. To lastnost imenujemo toplotna prevodnost snovi. Pri
običajnem zračnem tlaku je navadno toplotna prevodnost trdnih snovi, kapljevin in
celo plinov odvisna le od temperature. Toplotna prevodnost je količina, ki pove,
koliko toplote preide na enoto dolžine prevodnika iz določene snovi pri
temperaturni razliki 1 K. To je snovna lastnost, ki jo merimo v W/mK. Manjša kot
je toplotna prevodnost, boljši toplotni izolator je material (Goričanec, Črepinšek-
Lipuš, 2008; Strnad, 2002).
Podatke o vrednosti toplotne prevodnosti različnih snovi najdemo v literaturi. V
tabeli 2.1 so podane vrednosti toplotne prevodnosti za nekaj izbranih snovi pri sobni
temperaturi in atmosferskem tlaku. Iz tabele je razvidno, da imajo kovine visoko
vrednost toplotne prevodnosti, zato pravimo, da so dobri toplotni prevodniki. Voda,
zrak in stiropor pa so slabi toplotni prevodniki, zato jim rečemo tudi toplotni
izolatorji (Iglič, Kralj-Iglič, 2008).
Tabela 2.1: Toplotna prevodnost nekaterih snovi pri sobni temperaturi (Iglič, Kralj-Iglič, 2008)
snov toplotna prevodnost λ (W/mK)
baker 380
železo 50
svinec 35
beton 2,5
opeka 0,6
8
voda 0,6
stiropor 0,045
zrak 0,024
V vsakdanjem življenju najdemo veliko primerov prevajanja toplote s telesa z višjo
temperaturo na telo z nižjo temperaturo. UN za naravoslovje in tehniko že v 5.
razredu predvideva, da učenci znajo ugotoviti pomen in opisati vrste izolacijskih
materialov ter poiskati primere uporabe, pa tudi opisati različne vrste toplotne
izolacije živih bitij in utemeljiti pomen (Vodopivec, Papotnik, Gostinčar
Blagotinšek, Skribe Dimec in Balon, 2011). Učencem lahko prevajanje toplote
razložimo z naslednjimi primeri:
- Kadar je zunaj hladno in nas zebe v roke, si jih pogrejemo ob skodelici
toplega čaja. Toplota takrat prehaja iz skodelice s toplim čajem na naše
roke, ki imajo nižjo temperaturo od čaja. Roke se nam ogrejejo in nas ne
zebe več. Roke si lahko na enak način ogrejemo tudi ob toplem radiatorju,
grelnih blazinicah, termoforju ali pod toplo tekočo vodo iz pipe.
- Zvečer, ko ležemo v posteljo, se nam ta zdi najprej hladna. Ko pa nekaj časa
ležimo pod odejo, se segreje, ker mi oddajamo toploto. Toplota prehaja z
našega telesa na posteljo, dokler se temperatura postelje povsem ne izenači z
našo telesno temperaturo.
- Toplota prehaja tudi z vroče električne kuhinjske plošče in segreva posodo z
vodo.
- Snežna kepa, ki jo primemo v roke, nam roke hladi, ker ima nižjo
temperaturo kot naše roke. Od rok prejema toploto. Toplota prehaja s telesa
z višjo temperaturo na kepo z nižjo temperaturo, ki se prične sčasoma taliti
(Šegula, 2005). Med taljenjem kepe se temperatura kepe ne spreminja. Gre
namreč za fazni prehod med trdnim in tekočim stanjem vode, kjer
temperatura ostaja konstantna.
2.3.2 Toplotna konvekcija
Toplotna konvekcija ali prenos toplote s pretakanjem snovi se dogaja v kapljevinah
in plinih. Glavna dejavnika konvekcijskega prenosa toplote sta vzgon in težnost.
Poznamo prisilno in naravno konvekcijo. Kadar je konvekcija gnana z ventilatorji
9
ali črpalkami, pravimo, da je konvekcija prisilna. Pri naravni konvekciji pa se
tekočina oziroma plin pretaka samo zaradi vzgona. To pomeni, da se toplejši
(segreti) deli kapljevine ali plina zaradi vzgona dvigajo, saj imajo manjšo gostoto,
njihova mesta pa zasede bolj gosta in hladnejša tekočina oziroma plin (Težak, 2008;
Iglič, Kralj-Iglič, 2008).
Najboljši primer konvekcijskega gibanja kapljevin in plinov opazimo v in ob
radiatorju centralnega ogrevanja. V radiatorju poteka konvekcijsko gibanje vode, ki
ga prikazuje slika 2.4. Topla voda se nabira na vrhu radiatorja. Ob radiatorju se zrak
segreva in dviga, nad radiatorjem torej poteka konvekcijsko gibanje zraka, ki ga
ponazarja slika 2.5 (Težak, 2008).
Slika 2.4: Konvekcijsko gibanje zraka ob radiatorju in vode v radiatorju (Težak, 2008)
Slika 2.5: Konvekcijsko ogrevanje z radiatorjem (Težak, 2008)
10
Še nekateri drugi primeri konvekcije v vsakdanjem življenju:
- Zrak je v višjem nadstropju hiše bolj ogret kot zrak v kleti, ker se topel zrak
v stavbi med povezanimi prostori dviga, hladnejši pa spušča.
- Podobno je, če prižgemo vžigalico. Nad njo čutimo topel zrak, pod njo pa
ne, ker se topli zrak dviga.
- Tokove toplega zraka v naravi, ki se dvigajo, izkoriščajo jadralni piloti in
balonarji za letenje (Šegula, 2005).
2.3.3 Toplotno sevanje
Toplotno sevanje je energija, ki jo izseva segreto telo. Izsevani tok se lahko razširja
po prepustni snovi (npr. zrak, voda) ali po praznem prostoru (vakuumu). Toplejše
telo, ki oddaja toploto s sevanjem, se ohlaja, hladnejše telo, ki to toploto sprejema
oziroma absorbira, pa se segreva. Proces poteka toliko časa, dokler telesi nista v
temperaturnem ravnovesju. Nazoren primer toplotnega sevanja, ki ga lahko čutimo,
je toplota ognja (slika 2.6) (Težak, 2008; Šegula, 2005).
Slika 2.6: Toplotno sevanje, ki ga oddaja ogenj (Težak, 2008)
Črne površine teles hitreje in bolje sprejemajo – absorbirajo – in sevajo toploto kot
svetle, bleščeče površine. Primeri:
- V vročih deželah nosijo ljudje svetle, bele obleke, bele pa so tudi hiše, da
absorbirajo čim manj toplote. Če imamo oblečeno črno obleko in smo na
soncu, čutimo, kako se segreje.
- Obleka gasilcev je svetla in bleščeča zato, da sprejme čim manj toplote s
sevanjem, da človek, ki jo nosi ob gašenju požara, ni opečen.
- Nekatere živali, predvsem plazilci, izkoriščajo sevanje Sonca. Telo jim
ogrevajo sončni žarki. Šele ko ležijo na soncu dovolj časa, se lahko
odpravijo na lov.
11
- Sevanje Sonca pa izkoriščamo tudi ljudje v napravah, kot je sončni kolektor.
Počrnjene površine absorbirajo toploto s Sonca in segrevajo vodo, ki nato
segreje vodo v bojlerju (Šegula, 2005).
Vsa materialna telesa v vesolju, ki imajo temperaturo nad absolutno ničlo, sevajo
elektromagnetno valovanje, čigar intenziteta in valovna dolžina sta odvisni od
absolutne temperature. Telesa z višjo temperaturo sevajo z večjo intenziteto in
krajšo valovno dolžino kot telesa z nižjo temperaturo (Težak, 2008).
Toplote, ki jo sevajo telesa s temperaturami pod 500 ˚C, ne moremo videti s prostim
očesom, ker je valovna dolžina sevanja daljša od valovne dolžine vidnega spektra.
Koža je zato veliko boljši toplotni senzor kot naše oči, ki so sposobne zaznati šele
zelo vroče objekte (nad 500 ˚C), ko se valovna dolžina toplotnega sevanja toliko
skrajša, da se približa vidnemu območju (Težak, 2005). To prikazuje slika 2.7.
Železo žari, ko se dovolj segreje – torej oddaja – seva – valovne dolžine, ki so že v
vidnem delu spektra. Podobno vidimo tudi žarenje žarilne nitke v klasičnih
žarnicah.
Slika 2.7: Žarenje kovine, ki je močno segreta (Hammer on a hot iron, n. d.)
Poleg temperature je pomemben podatek tudi emisivnost površine, njena vrednost
se giblje med 0 in 1. Idealno črno telo, ki v naravi sicer ne obstaja, ima emitivnost
1. Koncept črnega telesa je zelo pomemben v termografiji. Idealno črno telo
absorbira vso nanj padlo energijo, nič je ne odbije in nič je ne prepušča, zato je za
oko nevidno, torej črno. Druga skrajnost je idealno belo telo, ki nič ne seva, vso
energijo odbija, njegova emitivnost pa je 0. Vsa ostala, resnična telesa, imenujemo
siva in barvna telesa in so nekje vmes (Tršan, 2007). Sevanje črnega telesa je
12
opisoval tudi slovenski fizik Jožef Stefan, po katerem se imenuje Stefan-
Boltzmannov zakon, ki opisuje, da je gostota energijskega toka, ki ga seva črno
telo, sorazmerna četrti potenci njegove termodinamične temperature (Kuščer,
Žumer, 2006).
2.4 TERMOGRAFIJA IN MERILNI INSTRUMENTI
IR merilne instrumente lahko razporedimo v tri skupine:
- točkovni IR termometri, ki merijo temperaturo le v eni točki,
- IR profilometri, ki merijo temperaturo na liniji, in
- IR kamere, ki prikažejo in merijo temperaturo na 2D sliki (Tršan, 2007).
Predstavili bomo dva, ki sta splošno v uporabi in ki smo ju uporabili pri
oblikovanju aktivnosti, to sta IR termometer in IR kamera.
2.4.1 IR termometer
Infrardeči termometer izmeri temperaturo površine telesa. Temperaturo meri s
pomočjo zaznavanja sevanja infrardečega valovanja, ki ga oddaja posamezen
objekt. Posebej primeren je za merjenje temperature vročih, težko dostopnih ali
premikajočih se objektov. Temperaturo izmeri na njihovi vrhnji površini. Merjenje
temperature na steklenih ali plastičnih prosojnih površinah ni mogoče, saj ne
prikaže primerne, ustrezne vrednosti. Pri merjenju moramo vedeti, da termometer
sprejema sevanje v določenem prostorskem kotu. To pomeni, da moramo pri
merjenju temperature manjših teles termometer bolj približati telesu, tako da je
merilno območje manjše od velikosti telesa. Izmerjena temperatura je povprečna
temperatura površine merjenja. Pri samem merjenju moramo biti pozorni tudi na to,
da senzor usmerimo čimbolj pravokotno na objekt (Conrad, 2015).
13
Slika 2.8: IR termometer (Infrardeči termometer)
S takšnim termometrom (slika 2.8) lahko npr. pokažemo, da sta temperaturi
stiroporne in kovinske plošče enaki, čeprav se nam na otip zdi drugače (Planinšič,
2010).
2.4.2 IR kamera
Infrardeče kamere, ki jih pogosto imenujemo tudi termokamere ali toplotne kamere,
so človekovo sposobnost zaznavanja svetlobe razširile iz vidnega v srednji in
dolgovalovni infrardeči del spektra. Po delovanju in zgradbi so podobne običajnim
video kameram, imajo optiko, detektor IR sevanja, elektroniko za obdelavo
signalov in zaslon za prikaz svetlobne slike. Format slike običajno ustreza različnim
TV standardom, zato tudi ime »termovizija«, ki pa se vseeno vse manj uporablja.
Prvo termokamero je za nevojaške uporabnike leta 1965 izdelalo švedsko podjetje
AGA, ki je to ime tudi zaščitilo. Začetki razvoja termokamer v Ameriki segajo v
petdeseta leta prejšnjega stoletja. Tam so tovrstne kamere poimenovali FLIR oz.
»Forward Looking InfraRed«, takšno poimenovanje uporabljajo še danes, medtem
ko se v Evropi pogosteje uporabljajo izrazi »Thermal Imager« ali »IR Camera«
(Tršan, 2007).
Termografske naprave so majhne kot video kamere in omogočajo snemanje
temperaturnih porazdelitev v dejanskem času v ločljivosti, ki je boljša od 0,1 °C.
Rezultat meritev je termogram, ki predstavlja površinsko temperaturno porazdelitev
z največ 256 barvnimi ali sivimi odtenki, ki so prirejene različnim navideznim
temperaturam, tako da vsaka označuje izbrano vrednost navidezne temperature.
14
Termogram je viden na zaslonu naprave in ga lahko shranimo v pomnilnik za
kasnejšo uporabo (Andrassy, Borass, Švaić, 2000).
Večina infrardečih kamer sprejema EM sevanje v obsegu valovnih dolžin od
približno 0,2 do 20 µm, to je od ultravijolične, preko vidne do daljne infrardeče
svetlobe. Najpomembnejše značilnosti tega dela spektra so, da ga ozračje večji del
prepušča, da je naše oko občutljivo za svetlobo z valovnimi dolžinami od 0,4 do 0,7
µm, in da telesa v območju zemeljskih temperatur največji del energije sevajo v
pasu valovnih dolžin med 3 in 14 µm, kar izkoriščajo termokamere (Tršan, 2007).
Glavni sestavni deli tipične termokamere so (slika 2.9):
optika,
detektor,
elektronika in
prikazovalnik slike.
Slika 2.9: Presek skozi sodobno termokamero z nehlajenim detektorjem IR sevanja (Tršan, 2007)
Detektor je srce termovizijske kamere, saj IR sevanje iz scene, ki ga nanj usmerja
optika, pretvarja v električne signale. Njemu je podrejena celotna zasnova naprave,
z njim je določena kvaliteta slike, občutljivost in ne nazadnje tudi cena. Detektor je
namreč najdražji element termokamere. Detektorji se delijo v dve veliki skupini; v
fotonske in termične. Fotonski so približno tisočkrat hitrejši in občutljivejši.
Fotonski detektorji, ki delujejo v pasu 8 – 13 µm, se morajo hladiti na temperaturo
15
80 K, kar jih precej podraži, hkrati pa zmanjša njihovo zanesljivost in skrajša
življenjsko dobo. Dandanes se fotonski detektorji še vedno množično uporabljajo v
vojaških termokamerah, v splošni uporabi pa so bolj razširjeni nehlajeni termični
detektorji. Termični detektorji izkoriščajo spremembe različnih lastnosti materialov,
ki so funkcija temperature (Tršan, 2007).
Tudi pri termokamerah ima optika nalogo, da ustvari čim boljšo sliko opazovanega
območja oziroma objekta. Konstruirana in izdelana je po enakih principih kot
optika za vidno svetlobo, a se od nje razlikuje z nekaj posebnostmi, ki grenijo
življenje izdelovalcem. Materiali, iz katerih se izdeluje, so pravi posebneži, tako po
lastnostih, kot ceni. Njihova najpomembnejša lastnost je, da čimbolje prepuščajo IR
sevanje. Med številno množico je najbolj znan in uporaben germanij. Uporablja se
praktično v vseh napravah, ki sprejemajo IR sevanje v pasu od 8 do 14
mikrometrov. V spektru od 3 do 5 mikrometrov je najbolj uporabljen material
silicij, pogosto pa srečamo tudi safir, seveda za manjše optične elemente (Tršan,
2007).
Elektronika obdeluje električne signale detektorja z algoritmi, dobro znanimi in
preskušenimi v televizijski in računalniški tehniki. Termična slika se prikaže na
zaslonu, ki je pri sodobnih termokamerah najpogosteje tipa LCD. V termokamerah
je običajno vgrajen tudi program za kvantitativno analizo toplotne slike
(termograma) (slika 2.10), tako da lahko takoj odčitamo temperaturo v poljubni
točki na površini merjenca (Tršan, 2007).
16
Slika 2.10: Termogram (Termogram)
Termografijo so prvi začeli uporabljati vojaki, saj jim je pomagala videti tisto, česar
s prostim očesom niso mogli videti v zmanjšani vidljivosti (ponoči, v dimu, prahu
ipd.). Danes se termografija uporablja skoraj povsod, kjer se med nekim procesom
sprošča in prenaša toplota, ki jo zaznajo termokamere. Termografija ima široko
področje uporabe, poleg pregledovanja in nadzorovanja terena pri zmanjšani
vidljivosti, jo izkoriščamo še za: merjenje toplotnih izgub stavb, iskanje napak pri
gradnji, kot so: območja slabše toplotne izolativnosti, območja povečane vlage,
napake v instalacijah toplovodnih sistemov in talnega ogrevanja. Na podlagi
termografije nekontaktno oz. daljinsko merijo temperaturo, pregledujejo in
nadzorujejo delovanje električnih naprav, odkrivajo plitvo zakopane in zazidane
objekte in napeljave, odkrivajo začetne požare v rudnikih, iščejo preživele v
elementarnih nesrečah in v dimu gorečih stavb, odkrivajo onesnaženje okolice,
ugotavljajo različna obolenja, tumorje in motnje v krvnem obtoku pri ljudeh in
živalih (Tršan, 2007).
Termografijo lahko glede na uporabo razdelimo na kvalitativno in kvantitativno. Z
uporabo kvalitativne termografije dobimo le informacije o temperaturnih razlikah
med posameznimi telesi oziroma deli telesa. Z uporabo kvantitativne termografije
pa lahko določimo tudi natančne vrednosti temperature v izbranih točkah na
površini opazovanega telesa. Pri določanju le-te moramo poznati pravo vrednost
emisivnosti, oddaljenost kamere od merjene površine, temperaturo in vlažnost
17
okolice, poznati pa moramo tudi temperaturo teles, ki so v okolici, saj tudi ta
vplivajo na opazovano telo (Švaić, Boras, n. d.).
Termografijo lahko glede na način merjenja razdelimo na aktivno in pasivno. O
pasivni termografiji govorimo takrat, ko je opazovano telo posneto pri temperaturi,
ki je različna od okolice. To omogoča neposredno izdelavo termogramov brez
posebnih priprav. Uporaba pasivne termografije je zato zelo široka, uporabljajo jo v
industriji, medicini, meteorologiji, varstvu pred požari itd. Najpogostejša uporaba
pasivne termografije je nadzor in vzdrževanje industrijskih naprav. O aktivni
termografiji pa govorimo takrat, ko je opazovano telo enake temperature kot
okolica, kar pa pomeni, da ga moramo toplotno stimulirati, da dobimo potrebni
toplotni kontrast. Takšen način zato najpogosteje uporabljamo v laboratorijih, na
področju razvoja izdelkov, raziskovanja prenosov toplote, vizualizacijo tokov in
številnih drugih primerih (Andrassy, Borass, Švaić, 2000).
18
19
3 EMPIRIČNI DEL
V empiričnem delu je na začetku predstavljen pregled učnih ciljev o toploti in
temperaturi po razredih OŠ. Nato je predstavljen pregled vsebin o toploti, toplotnih
tokovih in temperaturi v učbenikih za 5. razred OŠ, nakazana je problematika
razumevanja pojmov toplota in temperatura. V nadaljevanju so predstavljene
aktivnosti za razumevanje osnovnih pojmov termodinamike. Aktivnosti so
zasnovane z namenom uporabe na naravoslovno tehniškem dnevu. Zasnovne so po
stopnjah zahtevnosti razumevanja. Pojmi termodinamike so zapisani po vrsti, od
najosnovnejših do zahtevnejših, pri čemer sledimo ciljem iz UN. Vsebine so
fleksibilne, nekatere lahko učitelji predelajo že pred načrtovanim tehničnim oz.
narovoslovnim dnem (npr. tiste, ki ne vključujejo uporabe IR kamere). Rdeča nit
vseh aktivnosti sta pojma toplota in temperatura, ki ju predstavimo s pomočjo
uporabe sodobnih naprav. Poudarek je na uporabi zanimivega in atraktivnega
pripomočka – IR kamere. Ker predvidevam, da bo v razredu v uporabi le ena IR
kamera, sem aktivnosti priredila za frontalno delo, pri čemer lahko pri vsaki
aktivnosti učitelj vključi druge učence, ki rokujejo s kamero. Interpretacija
rezultatov pa je predlagana v frontalni obliki ali kot skupinsko delo.
3.1 PREGLED UČNIH CILJEV O TOPLOTI IN TEMPERATURI PO
RAZREDIH OŠ
Učni načrt za spoznavanje okolja (2011) predvideva prvo obravnavo temperature v
3. razredu v okviru tematskega sklopa Snovi (tabela 3.1). Takrat se učenci srečajo
predvsem z merjenjem temperature in s segrevanjem snovi. Učenci se s pojmoma
temperatura in toplota v slovenskem učnem programu srečajo šele v 5. razredu pri
predmetu naravoslovje in tehnika v okviru tematskega sklopa Pojavi (tabela 3.2)
(Vodopivec, Papotnik, Gostinčar Blagotinšek, Skribe Dimec in Balon, 2011). Učni
načrti za učence 1., 2. in 4. razreda ne predvidevajo načrtne obravnave pojmov
temperatura in toplota (tabeli 3.1 in 3.2) (Žakelj, Mršnik, Novak, Nolimal,
Marentič, Battelli ... Nemec, 2011; Vodopivec idr., 2011). Kasneje se z omenjenima
pojmoma učenci srečajo še v okviru naravoslovja v 6. razredu (tabela 3.2) (Skvarč,
20
Glažar, Marhl, Skribe Dimec, Zupan, Cvahte ... Šorgo, 2011) ter v okviru predmeta
fizika v 8. in 9. razredu (tabela 3.3) (Verovnik, Bajc, Beznec, Božič, Brdar ...
Munih, 2011).
Tabela 3.1: Obravnava pojmov temperatura in toplota v 1. triadi OŠ (Žakelj, Mršnik, Novak,
Nolimal, Marentič, Battelli ... Nemec, 2011, str. 7–17 in 20–24)
TEMPERATURA IN TOPLOTA
1. razred Ni načrtne obravnave pojmov temperatura in toplota.
2. razred Ni načrtne obravnave pojmov temperatura in toplota.
3. razred Tematski sklop Snovi:
OPERATIVNI CILJ
Učenci znajo meriti temperaturo.
STANDARD ZNANJA
Učni načrt ne ponuja nobenega standarda znanja v povezavi z
merjenjem temperature.
Tabela 3.2: Obravnava pojmov temperatura in toplota v 2. triadi OŠ (Vodopivec idr., 2011, str. 7-19
in 20-23; Skvarč idr., 2011, str. 9–20 in 21–30)
TEMPERATURA IN TOPLOTA
4. razred Ni načrtne obravnave pojmov temperatura in toplota.
5. razred Tematski sklop Pojavi:
OPERATIVNI CILJI
Učenci znajo:
- dokazati, da toplota prehaja s toplejšega mesta na
hladnejše;
- razlikovati med temperaturo in toploto;
- opisati različne termometre in meriti temperaturo z
njimi;
- prikazati, da različne snovi različno prevajajo toploto;
- ugotoviti pomen in opisati vrste izolacijskih materialov
ter poiskati primere uporabe v vsakdanjem življenju;
- opisati različne vrste toplotne izolacije živih bitij in
utemeljiti pomen.
STANDARDI ZNANJA
Učenec:
- ve, kaj je temperatura, in zna uporabiti različne
termometre;
- zna razlikovati med temperaturo in toploto.
6. razred Vsebinski sklop Energija:
OPERATIVNI CILJI
Učenci:
- spoznajo in primerjajo različne vrste tokov; tok snovi,
21
toplotni tok, električni tok;
- razumejo pomen toplotnega toka in ga povežejo s
primeri iz narave;
- spoznajo primere prilagoditev organizmov, ki jih ščitijo
pred izgubo toplote (v hladnih okoljih) ali omogočajo
hitrejše ohlajanje (v toplih okoljih);
- razlikujejo med toplotnimi prevodniki in izolatorji ter
navajajo primere njihove uporabe v vsakdanjem
življenju (npr. pri gradnji hiše).
STANDARDI ZNANJA
Učenec:
- pozna različne vrste tokov (snovni, toplotni, električni)
in navaja primere tokov iz narave ali življenja;
- razlikuje med toplotnimi prevodniki in izolatorji in s
primeri ponazori pomen in uporabo prevodnikov in
izolatorjev v življenju in v naravi.
Tabela 3.3: Obravnava pojmov temperatura in toplota v 3. triadi OŠ (Skvarč idr., 2011, str. 9–20 in
21–30; Verovnik idr., 2011, str. 7–16 in 17–25)
TEMPERATURA IN TOPLOTA
7. razred Ni načrtne obravnave pojmov temperatura in toplota.
8. in 9. razred Vsebinski sklop Toplota in notranja energija:
OPERATIVNI CILJI
Učenci:
- opredelijo temperaturo kot količino, ki jo pokaže
termometer;
- spoznajo Celzijevo in Kelvinovo temperaturno lestvico
ter znajo pretvarjati zapise;
- uporabljajo termometer za merjenje temperature;
- raziščejo temperaturna raztezanja teles;
- razložijo delovanje bimetala in razumejo njegovo
uporabo;
- opišejo razliko med temperaturo in toploto;
- s poskusi raziščejo zakonitosti prehajanja toplote;
- razložijo odvisnost spremembe notranje energije od
prehajanja toplote;
- ugotovijo, da z delom lahko dosežemo enako
spremembo notranje energije kot s toploto;
- usvojijo pojem specifična toplota;
- uporabljajo enačbo za računanje toplote;
- primerjajo spremembo notranje energije s prejeto ali z
oddano toploto;
- raziščejo pomen oblačil in izolacijskih materialov za
zmanjšanje toplotnega toka.
STANDARDI ZNANJA
Učenec:
- ve, da je temperatura osnovna fizikalna količina;
22
- ve, da obstajata Celzijeva in Kelvinova temperaturna
lestvica ter da je kelvin osnovna enota za temperaturo;
- ve, da se zaradi temperaturnih sprememb telesa raztezajo
in krčijo;
- izmeri in zapiše temperaturo v stopinjah Celzija;
- pretvori temperaturo iz Celzijeve v Kelvinovo
temperaturno lestvico in nasprotno;
- našteje vrste termometrov in razloži njihovo delovanje;
- opiše primer uporabe bimetala;
- ve, da lahko z delom ali s toploto dosežemo spremembo
notranje energije;
- ve, da toplota sama od sebe prehaja s telesa z višjo
temperaturo na telo z nižjo temperaturo in da je enota
zanjo džul (J);
- ve, da se notranja energija telesu poveča, če toploto
prejema, in da se mu zmanjša, če jo oddaja;
- našteje primere, ko leto prejema ali oddaja toploto;
- uporabi enačbo za računanje toplote pri segrevanju in
ohlajanju.
3.2 PREGLED VSEBIN O TOPLOTI, TOPLOTNIH TOKOVIH IN
TEMPERATURI V TRENUTNO VELJAVNIH UČBENIKIH ZA 5.
RAZRED OŠ
Pregledala sem aktualne učbenike za predmet naravoslovje in tehnika v 5. razredu
OŠ. V večini primerov navajajo enake oziroma zelo podobne primere in aktivnosti
za obravnavo pojmov o toploti in temperaturi. Vsi se opirajo na učencem znane
primere iz vsakdanjega življenja.
Učbeniki Raziskujemo in gradimo 5 (Skribe Dimec, Gostinčar Blagotinšek,
Florjančič, in Zajc, 2012), Od mravlje do sonca 2 (Krnel, Bajd, Oblak, Glažar in
Hostnik, 2009), Radovednih pet, naravoslovje in tehnika 5 (Mežnar, Slevec in
Štucin, 2015), Raziskujem in ustvarjam 5 (Marhl, Mastnak, Čuješ, Grubelnik in
Virtič, 2006) predlagajo najprej merjenje temperature, začenši z merjenjem
temperature človeka, pri čemer najpogosteje omenjajo termometer z živim srebrom
(slika 3.1(b)). Nato nadaljujejo z merjenjem z različnimi termometri (alkoholnim,
digitalnim, vbodnim digitalnim, termometer s tekočimi kristali). Opišejo postopek
merjenja in učence usmerjajo k odčitavanju vrednosti temperature. Predvidijo
aktivnosti za merjenje s termometri, kot so merjenje temperature različnih
23
predmetov oz. stvari, ki jih učenci že poznajo, pri čemer učenci najprej ocenijo
vrednosti, nato pa jih določijo z merjenjem. Kot zanimivost je v nekaterih učbenikih
omenjen tudi IR termometer (slika 3.1(a)), samo v enem učbeniku pa je omenjena
tudi IR kamera (Mesojedec, Hribar Kojc, Jenko in Mesojedec, 2016). Več
učbenikov predlaga merjenje temperature na primerih ohlajanja vode oz. tekočine v
posodi.
(a) (b)
Slika 3.1: Prikaz različnih termometrov v učbenikih ((a) Mežnar, Slevec in Štucin, 2015; (b) (Krnel,
Bajd, Oblak, Glažar in Hostnik, 2009)
Učbeniki predlagajo vsebine in aktivnosti za spoznavanje in vpeljavo pojma
toplotni tok. Omenjajo primere iz vsakdanjega življenja, kot so segrevanje vode v
loncu na štedilniku oziroma ognju, hlajenje tople pijače v hladilniku, gretje na peči,
ogrevanje zraka s pomočjo radiatroja, topljenje sladolega, držanje skodelice vročega
čaja, omenjajo pomen Sonca, ki oddaja toploto in segreva Zemljo (slika 3.2).
Slika 3.2: Primeri toplotnih tokov v vsakdanjem življenju (Skribe Dimec, Gostinčar Blagotinšek,
Florjančič, in Zajc, 2012)
Tudi v povezavi s toplotnimi izolatorji in prevodniki učbeniki navajajo podobne
primere iz vsakdanjega življenja, kot so pomen izolacije hiše, s čim in zakaj se pred
24
mrazom zaščitimo ljudje, kako toploto regulirajo živali (slika 3.3). Učbenik Od
mravlje do Sonca 2 (Krnel, Bajd, Oblak, Glažar in Hostnik, 2009) pa kot toplotni
izolator za rastline omenja tudi sneg. Učbenika Raziskujemo in gradimo (Skribe
Dimec, Gostinčar Blagotinšek, Florjančič in Zajc, 2012) in Raziskujem in ustvarjam
5 (Marhl, Mastnak, Čuješ, Grubelnik in Virtič, 2006) predlagata izdelavo
improvizirane hladilne torbe s stiroporjem kot dobrim izolatorjem in predlagata
aktivnost, pri kateri učenci z merjenjem primerjajo spreminjanje temperature
predmeta v tej izolirani škatli in izven nje. Ponujata tudi možnost izdelave škatle iz
drugih izolacijskih materialov. Kot aktivnost za prikaz različnih toplotnih
prevodnikov je večkrat omenjeno opazovanje (občutenje) segrevanja žlic iz
različnih materialov (kovinska, lesena, plastična) v loncu z vročo vodo (slika 3.4).
Slika 3.3: Živali se pred mrazom zaščitijo z različnimi mehanizmi – s kožuhom, perjem, debelo
usnjato kožo, podkožnim maščevjem (Mežnar, Slevec in Štucin, 2015)
25
(a)
(b)
Slika 3.4: Učenci preizkušajo prevodnost različnih materialov s pomočjo žlic v loncu z vročo vodo
((a) Mežnar, Slevec in Štucin, 2015; (b) Mesojedec, Hribar Kojc, Jenko in Mesojedec, 2016)
Delovni zvezek Naravoslovje in tehnika 5 (Mesojedec, Hribar Kojc, Jenko in
Mesojedec, 2016) opisuje aktivnost, pri kateri učenci ugotavljajo, katere snovi so
dobri toplotni izolatorji. Učenci v časovnih presledkih merijo temperaturo vode v
kozarcih, ki so jih različno izolirali (postavili v vodo, ga ovili v papir, v blago,
enega pa pustili na zraku) (slika 3.5).
Slika 3.5: Učenci kozarček z vodo postavijo v večji kozarec z vodo, ovijejo ga v papir, v blago,
enega pa pustijo v kozarcu z zrakom (Mesojedec, Hribar Kojc, Jenko in Mesojedec, 2016)
26
Delovni zvezek Raziskujem in ustvarjam 5 (Grubelnik, Marhl, Čuješ, Virtič in
Mastnak, 2006) predvideva aktivnost, kjer učenci ugotavljajo, kako najhitreje
ohladiti skodelico vročega čaja, pri čemer učenci v treh skupinah ravno tako merijo
spreminjanje temperature pri ohlajanju skodelice čaja na mizi, v posodi z mrzlo
vodo ter s pihanjem hladnega zraka v skodelico s pomočjo sušilnika za lase (slika
3.6).
(a) (b) (c)
Slika 3.6: Merjenje temperature ohlajajajoče se vode v lončku na mizi na prostem (a), v posodi z
vodo (b) in s pomočjo dovajanja hladnega zraka (c) (Grubelnik, Marhl, Čuješ, Virtič in Mastnak,
2006)
Učbenik Naravoslovje in tehnika 5 založbe Rokus Klett (Kolman, Mati Djuraki,
Furlan, Klanjšek Gunde, Jaklin in Jerman, 2010) edini posebej poudarja oziroma
primerja vpliv svetlobe oziroma barve z vpijanjem toplote. Kot aktivnost predlaga
primerjanje spreminjanja temperature obarvane in neobarvane vode, pri čemer
učenci merijo segrevanje temperature črno obarvane vode in neobarvane vode na
soncu. Učenci merijo temperaturo zraka pri tleh in višje v zraku (slika 3.7), učbenik
predlaga tudi preverjanje znanja učencev o tem, kako temperatura vode v stoječi
vodi (jezeru) z globino pada.
27
Slika 3.7: Merjenje temperature zraka pri tleh ter višje (Kolman, Mati Djuraki, Furlan, Klanjšek
Gunde, Jaklin in Jerman, 2010)
Aktivnosti, predvidene v učbenikih za 5. razred OŠ, izhajajo iz primerov
vsakdanjega življenja. Tudi aktivnosti, ki jih predstavljam v okviru diplomskega
dela in so navedene v nadaljevanju, temeljijo na predmetih in pojavih, ki jih dnevno
srečujemo. Verjamem pa, da so zaradi uporabe IR kamere, ki temperaturo prikaže
tudi v barvah, za učence še bolj atraktivne in nazorne.
3.3 PROBLEMATIKA RAZUMEVANJA POJMOV TOPLOTA IN
TEMPERATURA
Toplota in temperatura sta abstraktna pojma, zato se o njiju pojavlja precej napačnih
predstav, kar je v preteklosti raziskovalo več avtorjev (Alwan, 2011; Sözlibir, 2003;
Thomaz, Malaquias, Valente, Antunes, 1995; Thomaz, 1990). Pri obravnavi toplote
in temperature učitelji pogosto predpostavljajo, da učenci pojma razumejo in
njihovih predstav pred obravnavo ne preverjajo. Kot razlog za to navajajo razširjeno
uporabo pojmov toplota in temperatura v vsakdanjem življenju ter posledično
domnevno samoumevno učenčevo poznavanje koncepta (Athee, 1996). Raziskave
kažejo, da sta koncepta toplote in temperature pogosto napačno razumljena ne glede
na starostno skupino.
Sözlibir (2003) navaja nekaj najpogostejših zmotnih predstav, ki jih povzamejo
različni avtorji v svojih raziskavah. Učenci kažejo naslednje zmotne predstave:
- temperatura je enako kot toplota;
- temperatura je količina toplote;
28
- učenci ločijo izraza toplota in mraz;
- temperatura je izmerek toplote, ker povezujejo temperaturo z občutkom
toplote objekta;
- toplota se vedno kaže v višanju temperature;
- učenci/študentje težko razumejo, da imajo predmeti iz različnih materialov
enako temperaturo, kadar so dlje časa v stiku in v enakem okolju, saj trdijo,
da so lahko objekti toplejši kot njihova okolica.
Alwan (2011) je v raziskavi pokazal, da napačno pojmujejo pojma toplota in
temperatura tudi študenti, kar kaže na to, da so bile napačne predstave oblikovane
že v predšolskem in osnovnošolskem obdobju oziroma da jih takrat niso razčistili.
Najpogostejša napačna predstava učencev sta izraza toplota in mraz. Obstaja samo
toplota, mraz pa je nekaj kar je v pogovornem jeziku zelo zakoreninjeno. Npr. ko
odpremo okno oziroma vrata, pogosto rečemo da » gre mraz notri«.
V slovenskem prostoru je nekaj pozornosti predstavam učencev o temperaturi in
toploti namenil Krnel (2007), ki, tako kot tuji avtorji, ugotavlja, da so tudi predstave
slovenskih učencev o temperaturi in toploti najpogosteje napačne in zmotne. Nekaj
napačnih predstav o temperaturi in toploti, ki so značilne za učence slovenskih
osnovnih šol, zapiše tudi Čepičeva (2002). To so »temperatura meri mraz«,
»termometer meri toploto«, »hladilnik oddaja mraz« in »termometer meri mraz«.
Poleg naštetih izjav, ki kažejo na napačno razumevanje temperature in toplote, se v
slovenskem prostoru pogosto pokaže, da učenci temperaturo in toploto pomešajo s
spremembami stanja snovi. To je posledica naše vsakdanje govorice (Čepič, 2002).
Vzroke za napačne predstave o toploti in temperaturi je težko natančno opredeliti.
Eden izmed vzrokov izvira tudi iz nepoznavanja tematike in napačnih predstav s
strani učiteljev. Težave lahko povzroča tudi uporabljena literatura, predvsem
učbeniki in delovni zvezki, v katerih sta pojma temperatura in toplota pogosto
predstavljena površno in strokovno neustrezno (Thomaz idr., 1995). Kot enega
izmed vzrokov lahko navedemo tudi neustrezne pristope in izbire metod za
obravnavno pojmov ter tudi sorazmerno pozno (šele od 5. razreda dalje)
poglobljeno obravnavo pojmov.
29
Učitelji si pri obravnavi vsebin o toploti in temperaturi največkrat lahko pomagajo
le z različnimi termometri in določenimi aktivnostmi, ki učencem največkrat
pokažejo le posledice dogajanja. Učenci pri meritvah temperatur uporabljajo
termometre in različna čutila (tipajo, v nekaterih primerih tudi vidijo spremembe).
Nikakor pa ne morejo s svojimi čutili zaznati toplotnega toka.
V nadaljevanju bom predstavila aktivnosti, ki bodo v pomoč tako učencem kot
učiteljem pri obravnavi toplotnih tokov. Učenci jih s prostim očesom ne morejo
videti, v nekaterih primerih lahko vidijo le posledice. IR kamera s svojimi prikazi
omogoči vizualizacijo območij z enakimi temperaturami in posledično lažje
predstave smeri in velikosti toplotnih tokov. Toplotnih tokov tako tudi z IR kamero
ne vidimo, ampak nanje lahko le sklepamo, saj spreminjanje barve nekega območja
na sliki nakazuje spreminjanje temperature tega območja, ki je posledica toplotnega
toka. Na zaslonu lahko npr. vidijo, kako se vroča kocka ohlaja in hladna kocka
segreva ali kako postopno izginja sled tople roke na hladnejšem zidu (slika 3.18;
3.22).
3.4 SEZNANJANJE UČENCEV Z DELOVANJEM IR KAMERE
Predstavitev IR kamere
Učencem najprej pokažemo kamero, pri čemer pokažemo tudi osnovne dele
kamere, kot so detektor, ekran, držalo (slika 3.8).
30
Slika 3.8: Osnovni sestavni deli IR kamere (Argus 4 Firefighter camera)
Zatem je učencem smiselno predstaviti, kaj zaznava IR kamera in v čem se
razlikuje od navadne kamere. Učencem razložimo, da kamera v barvah prikazuje
območja z različno tempraturo, ki se med seboj razlikujejo po barvah. Najbolje je,
da jim to pokažemo kar na konkretnem primeru vročega in hladnega predmeta.
Aktivnost 1: Opazovanje vročega in hladnega predmeta na zaslonu IR kamere
Pripomočki:
- skodelica vročega čaja;
- sladoled (npr. lučka).
Opis aktivnosti:
Učencem najprej pokažemo dva predmeta, ki ju učenci iz vsakdanjega življenja
poznajo in vedo, da je eden vroč, drugi pa hladen. Za vroč oziroma topel predmet
lahko izberemo skodelico vročega čaja, za mrzel predmet pa sladoled (slika 3.9). Za
ta dva učenci vedo in povedo, da je en vroč, drugi pa hladen.
31
Slika 3.9: Skodelica vročega čaja in sladoled
Nato jim ista dva predmeta pokažemo z IR kamero. Predstavimo jim napravo, ki je
ustvarila toplotno sliko, to je IR kamera. Ta ne le meri temperaturo kot termometer,
pač pa na ekranu tudi pokaže toplotno sliko predmeta. IR kamera zazna sevanje
teles. Topla telesa sevajo bolj kot hladna. Kamera prikaže območja z različnimi
intenzitetami sevanja, kar je običajno posledica različnih temperatur.
Pogovorimo se o tem, katere barve prikazujejo predmete in območje z višjo
temperaturo in katere z nižjo. To storimo kar na primeru sladoleda in vročega čaja
(slika 3.10). Najbolje, da si pomagamo z vnaprej pripravljeno lestvico barv
(Potrebno je opozoriti, da na kameri lahko poljubno izberemo barvni prikaz na
ekranu. Sama sem izbrala najpogostejšo barvno lestvico.) (slika 3.11). Predmeti z
višjimi temperaturami so na ekranu IR kamere prikazani s toplimi barvami, kot so
rdeča, oranžna, rumena, zelena, predmeti z nižjimi temperaturami pa so prikazani s
hladnimi barvami, kot so svetlo modra, temno modra, vijolična, črna.
32
Slika 3.10: Pogled na skodelico vročega čaja in hladnega sladoleda skozi IR kamero
Slika 3.11: Lestvica barv, ki se prikazujejo na ekranu IR kamere
Učencem pokažemo, kako se z IR kamero rokuje. Držimo jo trdno za ročaj in jo
usmerimo v želen objekt. Na ekranu je poleg zapisa dneva in ure še zapis dveh
temperatur, ki se kasneje na uvoženih fotografijah (na žalost) ne vidita. Levo je
zapisana temperatura v sredinski točki ekrana, desno pa temperatura okolice.
Barvna lestvica na desni prikazuje porazdelitev temperatur po barvah (slika 3.12).
33
Slika 3.12: Ekran IR kamere
Za utrjevanje in urjenje v rokovanju s kamero učencem ponudimo možnost, da sami
poiščejo hladne in tople predmete (npr. iz hladilnika nalijejo hladno, iz pipe pa
vročo vodo ipd.) ali pa jim hladne in tople predmete ponudimo sami. Ko učenci
znajo interpretirati rezultate na IR kameri, lahko pričnemo z novimi aktivnostmi za
obravnavo pojmov toplota in temperatura.
3.5 AKTIVNOSTI ZA RAZUMEVANJE OSNOVNIH POJMOV O
TOPLOTI IN TEMPERATURI S POMOČJO IR KAMERE
Velja opozoriti, da se bom pri navodilih in opisih aktivnosti držala terminologije, ki
je primerna za otroke, zato o IR sevanju, spektru in podobnih terminih tu ne bo
govora, čeprav bi bili ustreznejši.
3.5.1 Temperaturo merimo s termometrom
Predvidevamo, da učenci poznajo primere vročih in haldnih predmetov. Če predmet
vzamemo iz hladilnika, bo hladen, če smo ga segrevali v vroči/vreli vodi, bo vroč.
O predmetu, ki leži na mizi in ne vemo, kje je bil pred tem, zgolj na podlagi
opazovanja težko ocenimo, ali je vroč ali hladen. Zato se lotimo merjenja
temperature.
34
Aktivnost 2: Merjenje temperature vode z običajnim termometrom
Cilja, ki ju bodo učenci z dejavnostjo dosegli:
- poznajo različne vrste termometrov in iz njih pravilno odčitajo temperaturo;
- učenci vedo, kaj je temperatura in s čim jo merimo (Vodopivec idr., 2011).
Pripomočki:
- dva plastična kozarčka;
- vroča voda;
- hladna voda;
- več različnih termometrov (z živim srebrom, alkoholni, digitalni,...).
Dejavnost:
Pripravimo dva kozarčka, v enega nalijemo vročo, v drugega pa hladno vodo
(slika). Učence ob vodenju spodbujamo, da z običajnimi termometri izmerijo
temperaturo vode v obeh kozarčkih (vodena vprašanja so zapisana v komentarju).
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Učence vprašamo, kako bi lahko ugotovili, ali so stvari hladne ali vroče, če tega ne
bi vedeli. Kako bi ugotovili, ali je tekočina v kozarčku vroča ali hladna?
(Pričakujemo odgovore:
- lahko bi bolje pogledali in videli, da se iz enega kozarčka kadi, iz drugega
pa ne, zato bi lahko sklepali na podlagi tega;
- lahko bi tudi potipali;
- lahko bi izmerili s termometrom.)
Izpostavimo termometer. S termometri merimo temperaturo. Poznamo različne
termometre. Kakšne termometre poznate? (Z živim srebrom, alkoholne, digitalne
...) Razdelimo jih med učence in pokažemo pravilno merjenje s termometrom:
Alkoholni termometer držimo navpično in konico pomočimo v kozarec z vodo.
Med merjenjem tekočino mešamo – lahko kar s termometrom. Počakamo toliko
časa, da se stolpec z alkoholom neha premikati in odčitamo vrednost na
temperaturni skali. Višji kot je stolpec, višja je temperatura (slika 3.13(a)). Z
digitalnim termometrom ravnamo enako, le da počakamo, da ta odda zvočni signal,
35
ki nas opozori, da je merjenje zaključeno in le preberemo številko na ekranu (slika
3.13(b)).
(a) (b)
Slika 3.13: Prikaz merjenja temperature z alkoholnim termometrom (a) ter z digitalnim
termometrom (b)
Učencem zastavimo izziv: Izmerimo temperaturo lesene kocke. Vprašamo jih, kako
bi se tega lotili. Učenci lahko sami ugotovijo, da temperature lesene kocke s
trenutno razpoložljivimi termometri (alkoholnim, digitalnim) ne morejo ustrezno
izmeriti.
Aktivnost 3: Merjenje temperature z IR termometrom
Na tem mestu je smiselno predstaviti IR termometer, saj z običajnimi termometri ne
moremo izmeriti temperature trdnih snovi.
Cilji, ki jih bodo učenci z dejavnostjo dosegli:
- poznajo različne vrste termometrov in iz njih pravilno odčitajo temperaturo;
- učenci vedo, kaj je temperatura in s čim jo merimo;
- temperaturo lahko merimo tudi brezkontaktno (Vodopivec idr., 2011).
Pripomoček:
- IR termometer.
36
Dejavnost:
Učencem zastavimo vprašanje, kako bi lahko izmerili temperaturo šolskega zidu,
termometra namreč ne moremo zapičiti v trdno snov. (Pričakujemo namreč, da
bodo podali odgovore v smislu da potipamo oziroma izmerimo temperaturo z
običajnim termometrom.) Učenci naj poskusijo samo s svojimi čutili oceniti
temperaturo svoje okolice (ploščic, lesenih tal, stene, table, kovinske ograje, zraka
...) in si zapisati temperature, ocenjene s pomočjo svojih čutil. Po predstavitvi IR
termometra (opis v komentarju za učitelja) jih predamo v uporabo učencem in jim
naročimo, naj izmerijo temperature predmetov, ki so jih prej merili le s pomočjo
svojih čutil in jih primerjajo med seboj.
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Predstavimo IR termometer, ki izmeri temperaturo površine telesa, ne da bi se ga
dotaknil. Posebej primeren je za merjenje temperature vročih, težko dostopnih ali
premikajočih se objektov. Pri merjenju moramo vedeti, da moramo, če želimo
pridobiti pravilne meritve, upoštevati določena pravila. Pri merjenju temperature
manjših teles moramo termometer bolj približati telesu, tako da je merilno območje
manjše od velikosti telesa. Večji kot je predmet, bolj se lahko od njega oddaljimo.
Na kakšni razdalji od predmeta je smiselno meriti, preverimo na merilnem kotu, ki
je podan v navodilih oziroma na ohišju termometra. Merjenje temperature z IR
termometrom je prikazano na sliki spodaj (slika 3.14).
Interpretiramo dobljene rezultate: naša čutila nas pogosto zavedejo pri meritvah
temperature. Ne glede na naše občutke imajo vsi predmeti v bližnji okolici enako
oziroma podobno temperaturo, če so na istem mestu že dlje časa (npr. v nekem
prostoru).
37
Slika 3.14: Merjenje temperature s pomočjo IR termometra, kjer rdeča pika nakazuje sredino
območja merjenja
Z učenci nadaljujemo pogovor o omejitvah pri merjenju temperature z IR
termometrom. Včasih se predmetu ne moremo dovolj približati, lahko je ta prevroč,
da bi prišli dovolj blizu. Če ne moremo izmeriti temperature predmeta v območju,
kot je zapisano na ohišju, v merilno območje zajamemo še njegovo okolico, zato je
lahko meritev napačna. Težava se pojavi tudi pri merjenju temperature na steklenih
ter plastičnih prosojnih površinah. Te sevanje odbijajo in zato je rezultat merjenja
napačen.
Temperaturo lahko merimo še na več različnih načinov. V nadaljevanju je
predstavljen še en zanimiv način – z IR kamero, s katero pa lahko vidimo še kaj
več.
3.5.2 Toplotni tok
IR kamera na zaslonu prikaže območja z različnimi temperaturami, ki jih IR
termometer ni razločil. Če dlje časa opazujemo topel predmet v hladnem okolju,
opazimo spreminjanje barv na zaslonu. Vidimo, da se temperatura toplega predmeta
spreminja in sklepamo, da teče toplotni tok v smeri od višje temperature proti nižji.
Pri tem se toplo telo ohlaja, hladno okolje pa se segreje. V nadaljevanju je
predstavljenih nekaj aktivnosti v povezavi s toplotnim tokom.
38
Cilj, ki ga bodo učenci z dejavnostmi dosegli:
- vedo, da toplota prehaja z mesta z višjo temperaturo na mesto z nižjo temperaturo
in to znanje znajo uporabiti v konkretnih primerih (Vodopivec idr., 2011).
Aktivnost 4: Opazovanje toplotnega toka po kovinski plošči
Pripomočki:
- kovinska plošča;
- vžigalnik;
- IR kamera.
Dejavnost:
Kovinsko ploščo izpostavimo toplotnemu viru (plamenu vžigalnika) (slika 3.15) in
opazujemo dogajanje z IR kamero (slika 3.16).
Slika 3.15: Kovinsko ploščo segrevamo s plamenom vžigalnika
(1) (2)
39
(3) (4)
(5) (6)
Slika 3.16: Časovno sosledje slik širjenja toplote po kovinski plošči – toplota se širi v smeri od
toplotnega vira navzven
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Na IR kameri opazujemo postopno spreminjanje temperature kovinske plošče.
Temperatura je vedno najvišja v točki na plošči tik nad plamenom in se niža z
oddaljenostjo. Poleg tega opazimo, da se plošča postopoma segreva in je »barvni
madež«, ki prikazuje območja z višjimi temperaturami, s časom čedalje večji.
Toplotni tok torej teče po kovinski plošči z mesta tik nad plamenom v sosednje
predele plošče.
Aktivnost 5: Prenos toplote s toplejše na hladnejšo kovinsko kocko
Pripomočki:
- štiri enake kovinske kocke (iz enakega materiala in enakih dimenzij);
- vrč z vročo vodo, vrč s hladno vodo;
- prijemalka oz. ustrezna zaščitna rokavica za rokovanje z vročimi kockami;
40
- IR kamera.
Dejavnost:
Učence razdelimo v dve skupini. Vsaki skupini naročimo, naj po eno vročo in eno
hladno kocko postavijo v stik, eno ob drugo (slika 3.17). Polovica učencev naj
opazuje dogajanje s prostimi očmi, lahko se kock dotikajo (vendar ne prestavljajo!)
in uporabijo vsa svoja čutila. Druga polovica naj kocki opazuje z IR kamero (slika
3.18).
Slika 3.17: Opazovanje vroče in hladne kocke, ki sta v stiku. Vroča kocka oddaja toploto hladni
kocki. Toplota prehaja iz vroče na hladno kocko.
(1) (2)
(3) (4)
41
(5) (6)
Slika 3.18: Časovno sosledje slik: Toplota vedno prehaja s telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo
temperaturo. Sosledje slik prikaže tudi pomanjkljivost uporabljene IR kamere in sprotnega
prilagajanja barvnih območij.
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
S prostim očesom ne opazimo sprememb, medtem ko s tipom lahko zaznamo,
katera kocka je toplejša oz. katera se segreva in katera ohlaja. Natančneje lahko
opazujemo spreminjanje temperature kock z IR kamero, ki s hitrostjo spreminjanja
barv nakazuje hitrost toplotnega toka. Vroči kocki se temperatura niža, hladni kocki
pa viša. Obema skupinama učencev damo možnost, da opišejo dogajanje.
Ob poskusu se obenem lahko pokaže tudi ena od pomanjkljivosti IR kamere, s
katero sem beležila posnetke. Opazila sem, da kamera ves čas spreminja
temperaturno območje in s tem prilagaja barve. Kljub temu, da se vroči kocki
temperatura med samim poskusom spremeni, na kameri ne opazimo razlik v barvi.
V vseh posnetkih je rdeča, saj je bila ves čas meritve natoplejši objekt v merilnem
območju. Glede na to, da kamera prilagaja barvno skalo glede na najvišjo in
najnižjo temperaturo v merilnem območju, je smiselno primerjati barve znotraj
posamezne slike in ne v časovnem zaporedju.
Možno je, da se zaradi dejstva, da IR kamera prilagaja barve na ekranu trenutni
temperaturni lestvici, tega, da se je vroča kovinska kocka ohladila, ne bo najbolje
videlo. Učence je potrebno na to pomanjkljivost tudi opozoriti oz. poudariti, da
pogledajo možnosti in nastavitve kamere. Glede na to, da sama nisem imela
možnosti rokovanja z različnimi IR kamerami, dopuščam možnost, da imajo druge
vrste in druge znamke možnosti nastavitve temperaturnega območja brez sprotnega
prilagajanja barv.
42
Pomembno je, da se z učenci pogovorimo, da prenos toplote poteka toliko časa,
dokler obstaja razlika v temperaturah med kockama. Ko postaneta temperaturi kock
enaki, toplotni tok ne teče več in temu pravimo toplotno ravnovesje. Učence
povprašamo, če so opazili, kako hitro se je to dogajalo. Kdor je dobro opazoval, je
lahko ugotovil, da je bilo »dogajanje« na začetku hitrejše, nato pa čedalje
počasnejše. To lahko pokažemo tudi na časovnem sosledju slik. Že po eni minuti se
je videlo, kako toplota prehaja, vendar pa sta se temperaturi kock izenačili šele po
več kot eni uri.
Učence povprašamo še, ali je vsa toplota iz ene kocke prešla na drugo. Če ne, kam
še je vroča kocka oddajala toploto? (V prostor.) In od kod je lahko hladna kocka še
prejemala toploto? (Kot pomoč: Bi se vroča kocka ohladila, tudi če ne bi imela ob
sebi hladne kocke? Bi se hladna kocka segrela, tudi če ne bi bilo vroče kocke?)
Dodamo nove primere za raziskovanje. Učenci prinesejo kamen iz (npr. hladnejše)
šolske okolice v učilnico ter z IR kamero opazujejo, ali se mu s časom spreminja
temperatura. (Temperatura kamna se postopno viša, ker prejema toploto iz okolice –
učilnice.) Iz pipe v lonček natočijo vročo vodo ter ga postavijo na mizo. Z IR
kamero opazujejo, ali se temperatura vode s časom spreminja. (Temperatura vode
se postopno niža, saj oddaja toploto okolici.)
Lahko dodamo tudi primer iz življenja (učenci ga v zimskem času lahko tudi
preizkusijo in sami opazujejo z IR kamero). Če se primeta nekdo s hladno roko in
nekdo s toplo roko, se bo hladna roka ogrela, vroča malo ohladila, a na koncu bosta
obe enako topli (približek). Pri tem je pomembno poudariti, da primer ni najboljši,
saj je človek organizem, ki zagotavlja svojo lastno telesno temperaturo. Če je
človek zdrav, bo njegov organizem sam uravnal telesno temperaturo in se bo hladna
roka tudi sama segrela. Človek se namreč v normalnih pogojih ne ohlaja in ne
segreva na temperaturo okolice, kot se predmeti.
Aktivnost 6: Segrevanje lonca z vodo na štedilniku
Pripomočki:
43
- lonec z vodo;
- kuhalna plošča;
- IR kamera.
Dejavnost:
Lonec z vodo postavimo na kuhalno ploščo in jo prižgemo. Polovica učencev naj
dogajanje opazuje brez pripomočkov s prostimi očmi (slika 3.19), druga polovica pa
s pomočjo IR kamere (slika 3.20).
(a1) (b1)
(a2) (b2)
(a3) (b3)
(a4) (b4)
Slika 3.19: Časovno sosledje slik: Pogled na lonec z vodo s strani (a) in z vrha (b)
44
(a1) (b1)
(a2) (b2)
(a3) (b3)
(a4) (b4)
Slika 3.20: Časovno sosledje slik: Pogled na lonec z vodo z IR kamero s strani (a) in z vrha (b)
45
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Če lonec z vodo opazujemo s prostim očesom od strani, ne vidimo, kaj se dogaja.
Če opazujemo z vrha, opazimo, da se po določenem času pojavijo mehurčki, ki jih
je s časom čedalje več, dokler voda ne zavre in lahko sklepamo tudi na vodno paro,
saj opazimo kondenzirane kapljice v zraku.
IR kamera nam pokaže, kako se s časom lonec segreva, toplotni tok teče po stenah
lonca v smeri od dna proti robu navzgor. Dogajanje v notranjosti lonca s pomočjo
IR kamere opazimo že preden se pojavijo prvi mehurčki. Voda se začne mešati,
vrtinčiti, pri čemer nastajajo zanimivi vzorci. To imenujemo toplotna konvekcija.
Učenci bodo zagotovo z zanimanjem opazovali barvne vzorce, ki jih prikazuje IR
kamera. Temperatura vode v loncu se postopno izenači, ko pride do vrelišča. Kljub
temu da kamera takrat ne prikaže več sprememb temperature v času, toplotni tok še
vedno teče. Ko voda doseže vrelišče, se spremeni agregatno stanje, pri tem pa se
temperatura ne spreminja več. Za spremembo agregatnega stanja je potrebno
dovajati (ali odvajati, pri taljenju ledu) energijo. Kljub temu da s posnetkov IR
kamere ne moremo sklepati na to, da toplotni tok teče tudi med vrenjem vode, lahko
na to sklepamo, če ugasnemo štedilnik. Če je štedilnik indukcijski ali plinski, se
vrenje takoj ustavi, saj smo s tem prenehali dovajati energijo, ki je potrebna za
vrenje (ustavili smo toplotni tok). Seveda pa lahko opazujemo nadaljnje dogajanje
in obratno smer toplotnega toka. A to je že napotek za nadaljnja opazovanja, ki jih
lahko z učenci izvedemo in se o njih tudi pogovorimo.
Aktivnost 7: Ohlajanje stene/tal po tem, ko smo jo nekaj časa segrevali z
roko/nogo
Tudi človeško telo stalno oddaja toploto.
Pripomoček:
- IR kamera.
Dejavnost:
46
Učenec se z roko nasloni na hladno steno. Nekaj časa ostane v takšnem položaju,
nato se odmakne (slika 3.21). Dogajanje od začetka spremljamo z IR kamero (slika
3.22).
(a) (b)
Slika 3.21: Roko položimo na hladno steno (a) in jo čez nekaj časa odmaknemo. Dogajanje
spremljamo z IR kamero (b).
(1) (2)
(3) (4)
Slika 3.22: Časovno sosledje slik: Toplotni tok teče od roke v steno, ki se ob tem lokalno segreje. Ko
roko odmaknemo, se stena počasi ohlaja in »sled roke« na steni izginja.
47
Enako lahko storimo tudi z nogo (slika 3.23; 3.24). Z IR kamero posnamemo
»toplotno sled«, ko hodimo po prostoru in opazujemo, da so odtisi, ki so bili
narejeni na začetku »sprehoda« slabše vidni kot tisti, ki so bili narejeni nazadnje
(slika 3.25).
(a) (b)
Slika 3.23: Nogo položimo na hladna tla (a) in jo čez nekaj časa odmaknemo. S prostim očesom ne
vidimo ničesar (b).
(1) (2) (3)
Slika 3.24: Časovno sosledje slik: Toploto našega telesa z nogo prenesemo na tla. Ta se nato počasi
ohlajajo in naša sled na tleh izginja.
Slika 3.25: Odtisi naših stopal na tleh. Tisti z začetka »sprehoda« so slabše vidni kot tisti na koncu.
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Iz roke/noge je tekel toplotni tok na steno/tla. Stena/tla so se na stičnem mestu
segrela. Ko smo roko/nogo odmaknili, smo na IR kameri lahko opazili toplotno sled
naše roke/noge in opazovali, kako se je mesto ohlajalo. Toplotni tok je tekel v
48
okoliško steno/tla in zrak, zato je sled počasi izginjala. Ker je temperaturna razlika
med roko/nogo in steno/tlemi razmeroma majhna, se to dogaja počasi.
Kot dodatno aktivnost lahko izvedemo primerjavo izginjanja odtisov rok oz. nog na
različnih podlagah. Mi smo preizkusili izginjanje sledov rok na leseni oblogi in na
steni (slika 3.26; 3.27). Sled roke na steni je izginjala hitreje kot tista na leseni
oblogi. Les je namreč boljši toplotni izolator. Dejavnost lahko navežemo na
aktivnost 9 o toplotnih prevodnikih.
(a) (b)
Slika 3.26: Eno roko položimo na leseno oblogo, drugo pa na steno. Tako ju držimo nekaj časa.
(1) (2)
(3) (4)
Slika 3.27: Časovno sosledje slik postopnega izginjanja sledi rok. Levo roko smo držali na leseni
oblogi, desno roko pa na steni. Roki smo istočasno odmaknili. Sled na leseni oblogi je bila dlje
vidna, saj je les slabši toplotni prevnodnik.
49
Aktivnost 8: Mešanje vroče in hladne vode
Pripomočki:
- trije plastični kozarčki;
- vroča voda;
- hladna voda;
- IR kamera.
Dejavnost:
Pripravimo tri kozarčke, v enega nalijemo vročo, v drugega hladno vodo, tretjega
postavimo na sredino med njiju. Učenec naj prazen kozarček najprej do polovice
napolni s hladno vodo, nato pa vanj do vrha dolije še vročo vodo (slika 3.28). Kaj
opazite s prostim očesom, kaj otipate in kaj pokaže IR kamera? Učenci naj
aktivnost spremljajo klasično ter temperature ocenijo s prsti (prst pomočijo v vsak
lonček ter ocenijo temperaturo), aktivnost naj spremljajo z običajnim termometrom
in merijo temperature (vroče vode, hladne vode, mešanice) ter dogajanje spremljajo
z IR kamero, če se le da tako, da bodo dogajanje na ekranu lahko spremljali vsi
učenci (slika 3.29).
(a1) (b1)
50
(a2) (b2)
(a3) (b3)
Slika 3.28(a1): Levo kozarček s hladno vodo, prazen kozarček in desno kozarček z vročo vodo
Slika 3.28(a2): Prazen kozarček do polovice napolnimo s hladno vodo, nato do vrha dolijemo vročo
vodo
Slika 3.28(a3): Levo kozarček s hladno vodo, srednji kozarček z mešanico vroče in hladne vode ter
desno kozarček z vročo vodo
Slika 3.29(b1, 2, 3): Posnetki aktivnosti z IR kamero
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Z IR kamero opazujemo dogajanje v srednjem kozarčku. Vroča voda se sprva
zadržuje na vrhu, kasneje pa se toplota razporedi po celotnem kozarčku. Zelo lepo
so vidne temperaturne razlike in da je temperatura vode v srednjem kozarčku višja
od tiste v levem kozarčku in nižja od tiste v desnem. Kot zanimivost lahko
omenimo tudi »packo« na kozarčku s hladno vodo. Vidi se odtis prstov naše roke, s
katerimi smo lokalno segreli lonček.
3.5.3 Prevodniki in izolatorji
Cilji, ki jih bodo učenci z dejavnostjo dosegli:
51
- opišejo toplotne prevodnike in izolatorje ter za vsako skupino naštejejo
nekaj primerov;
- rišejo grafične prikaze in jih razlagajo;
- vedo, kaj je toplotna prevodnost in njeno delovanje povežejo z vsakdanjim
življenjem (Vodopivec idr., 2011).
Aktivnost 9: Ohlajanje vročih kovinskih kock na različnih podlagah
Pripomočki:
- dve (ali več) vroči kovinski kocki;
- dve (ali več) plošči iz različnih materialov (stiropor, kovina);
- IR kamera.
Dejavnost:
Pripravimo plošče, ki so podobnih dimenzij, vendar iz različnih materialov (v
našem primeru iz stiropora in kovine). Z IR kamero preverimo in pokažemo, da
imajo enako temperaturo (slika 3.30). Učenci z IR kamero opazujejo dogajanje, ko
na vsako ploščo položimo enako vročo kovinsko kocko (slika 3.31; 3.32).
Slika 3.30: Termogram plošč (levo stiroporna, desno kovinska), ki sta v temperaturnem ravnovesju
z okolico
52
(a) (b)
Slika 3.31: Vroči kovinski kocki istočasno položimo na plošči (a) in dogajanje opazujemo z IR
kamero (b)
(1) (2) (3)
Slika 3.32: Časovno sosledje slik ohlajanja vročih kovinskih kock na plošči iz stiroporja (levo) in na
kovinski plošči (desno)
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Pomembno je vedeti, da je dobro plošče postaviti v prostor že vsaj nekaj ur prej, da
bodo ob izvedbi aktivnosti imele enako temperaturo kot okolica. Plošče naj bodo
enakih dimenzij, kocke pa po obliki in prostornini enake.
Učence je potrebno opozoriti na posebnost merjenja z IR kamero. Ta namreč zazna
tudi odboje od kovinskih in zelo gladkih površin, v tem primeru se na kovinski
plošči pojavlja odsev kovinske kocke. Podobno kot na vodni gladini ali v ogedalu
vidimo odboj vidnega dela spektra EM valovanja, na kovinskih in lakiranih
površinah opazimo odboj IR dela spektra EM valovanja. S posnetkov z običajno in
IR kamero vidimo, da naše oči ne zaznajo odboja od podlage, medtem ko IR
kamera prikaže odboj kot odsev od podlage.
Hitreje se ohlaja kovinska kocka na kovinski plošči, saj je ta dober toplotni
prevodnik. Toplotni tok teče z vroče kovinske kocke na kovinsko ploščo in ker je ta
53
dober toplotni prevodnik, hitreje prevaja toploto naprej do podlage, na kateri leži, in
nato v okolico. To se na termogramu vidi kot svetlejša obroba okoli kovinske
plošče (slika 3.32(2, 3)).
Pomembno je opozoriti tudi na drug vidik. Okoli vroče kocke na stiroporu se pojavi
večja topla površina kot okoli vroče kocke na kovinski ploščici. Večja topla
površina se pojavi na stiroporni plošči, ker ta počasneje prevaja toploto in se zato
lokalno bolj segreje. Stiropor je torej slab toplotni prevodnik, je dober toplotni
izolator. Tople površine okoli vroče kovinske kocke ne opazimo na termogramu,
ker ta toploto hitro in dobro prevaja naprej v podlago oziroma prostor. Kovina je
torej dober toplotni prevodnik.
Aktivnost 10: Segrevanje hladnih kovinskih kock na različnih podlagah
Pripomočki:
- dve (ali več) vroči kovinski kocki;
- dve (ali več) plošči iz različnih materialov (stiropor, kovina);
- IR kamera.
Dejavnost:
Pripravimo plošči, ki sta podobnih dimenzij, vendar iz različnih materialov (v
našem primeru iz stiropora in kovine). Z IR kamero preverimo in pokažemo, da
imata enako temperaturo (slika 3.33). Učenci z IR kamero opazujejo dogajanje, ko
na vsako ploščo položimo enako hladno kovinsko kocko (slika 3.34; 3.35).
Slika 3.33: Termogram plošč (levo stiroporna, desno kovinska), ki sta v temperaturnem ravnovesju
z okolico
54
(a) (b)
Slika 3.34: Hladni kovinski kocki istočasno položimo na plošči (a) in dogajanje opazujemo z IR
kamero (b)
(1) (2) (3)
Slika 3.35: Časovno sosledje slik segrevanja hladnih kovinskih kock na plošči iz stiroporja (levo) in
na kovinski plošči (desno)
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Pomembno je vedeti, da je dobro plošče postaviti v prostor že vsaj nekaj ur prej, da
bodo ob izvedbi aktivnosti imele enako temperaturo kot okolica. Plošče naj bodo
enakih dimenzij, kocke pa po obliki in prostornini enake.
Učence je potrebno opozoriti na slabost IR kamere (glej komentar pri prejšnji
aktivnosti). Hitreje se segreva kovinska kocka na kovinski plošči, saj je ta dober
toplotni prevodnik. Toplotni tok teče v obratni smeri kot v prejšnji aktivnosti,
kovinski kocki prejemata toploto s prostora in s stiroporne oziroma kovinske
plošče. Kovinska kocka se hitreje segreje na kovinski plošči, ker ta hitreje prevaja
toploto iz okolice v kocko.
Zanimivo je, da na ploščah opazimo različno velike hladnejše površine.
Temperatura plošče se je najbolj spremenila tisti plošči, ki ima najmanjšo toplotno
55
prevodnost. To je leva, stiroporna plošča. Ta plošča je namreč počasneje prejemala
toploto iz podlage. Na kovinski plošči na desni, ki ima največjo toplotno
prevodnost, opazimo manjše hladnejše območje kot pri stiroporni (slika 3.35(b2,3)),
saj se je območje počasneje ohlajalo zaradi dobre toplotne prevodnosti kovine, po
kateri je tekel toplotni tok iz okolice na mesto, kjer je stala hladna kocka.
Aktivnost 11: Taljenje ledenih kock na različnih podlagah
Pripomočki:
- tri (ali več) kocke ledu;
- tri (ali več) plošče iz različnih materialov (stiropor, les, kovina);
- IR kamera.
Dejavnost:
Pripravimo plošče, ki so podobnih dimenzij, vendar iz različnih materialov. Z IR
kamero preverimo in pokažemo, da imajo enako temperaturo (slika 3.36). Učenci v
dveh skupinah opazujejo dogajanje, ko na vsako ploščo položimo enako kocko ledu
(slika 3.37(a)). Ena skupina opazuje s prostimi očmi, druga pa z IR kamero (slika
3.37(b)). Skupine naj se menjajo, tako da bo pri vsaki aktivnosti druga skupina
opazovala dogajanje z IR kamero.
(a) (b)
Slika 3.36: Plošče so iz različnih materialov (a), a imajo enako temperaturo, kar opazimo tudi na IR
kameri (b).
56
(a1) (b1)
(a2) (b2)
(a3) (b3)
(a4) (b4)
Slika 3.37: Časovno sosledje slik pri taljenju kocke ledu na različnih podlagah. Pogled s prostim
očesom (a) ter z IR kamero (b).
57
Ugotovitve in komentar (za učitelja):
Pomembno je vedeti, da je dobro ploščice postaviti v prostor že vsaj nekaj ur prej,
da bodo ob izvedbi aktivnosti imele enako temperaturo kot okolica. Ploščice naj
bodo enakih dimenzij, kocke pa po obliki in prostornini enake.
Kocka ledu se najhitreje tali na kovinski podlagi, nekoliko počasneje na leseni,
najpočasneje pa na stiroporni podlagi. To lahko opazijo učenci obeh skupin. Učence
vzpodbudimo, da med seboj izmenjujejo svoje razlage in utemeljitve.
Učenci naj bi pojasnili, da je temperatura kocke ves čas enaka, na podlagi
spreminjanja temperature plošče lahko sklepajo, da toplotni tok teče v smeri proti
kocki kljub temu, da se njena temperatura ne spreminja. Na ploščah opazimo
različno velike hladnejše površine. Temperatura plošče se je najbolj spremenila tisti
plošči, ki ima najmanjšo toplotno prevodnost. Ta plošča je namreč najpočasneje
prejemala/prevajala toploto iz prostora. Na kovinski plošči na desni, ki ima največjo
toplotno prevodnost, se je pokazala najmanjša površina hladnejše temperature (slika
3.37(b1)), saj je najhitreje prevajala toploto iz okolice do kocke.
Učenci v skupini z IR kamero lahko poleg hitrosti taljenja kocke ledu vidijo tudi, da
se pri taljenju temperatura kocke ne spreminja, podobno kot so že opazovali pri
aktivnosti 6. Aktivnosti 6 in 11, ki sta povezani s faznimi spremembami oz. s
spremembami agregatnih stanj, lahko učitelj po želji tudi združi oz. izvede skupaj.
Razumevanje toplote v povezavi s spremembami agregatnih stanj je namreč ena od
pomembnih in tudi ena od zahtevnejših vsebin. Prav omenjeni dve aktivnosti lahko
izkoristimo za nadaljnje pogovore in morebitna nadaljnja opazovanja tudi v višjih
razredih osnovne šole.
58
59
4 DIDAKTIČNA IGRA
Za didaktično igro je značilno, da sledi točno določenim vzgojno-izobraževalnim
ciljem in prispeva k motivaciji ter sproščenemu okolju (Zupančič, 2011; Majcen,
2014). Didaktične igre in njihovo uporabo je v slovenskem prostoru raziskovalo več
avtorjev in večkrat sem zasledila zapise, kjer opazijo, da učitelji v slovenskih
osnovnih šolah premalo uporabljajo didaktične igre ter da tudi v strokovni literaturi
avtorji ponujajo malo idej za tovrstne aktivnosti (Buh, 2015; Novak, 2016; Mesec,
2015; Iglič, 2016). Zato sem se odločila, da na obravnavano temo pripravim
didaktično igro, ki jo lahko učitelji različno uporabijo pri svojem delu.
Namen didaktične igre:
- ponavljanje in utrjevanje;
- uvodna motivacija (uporabimo le kartončke za igro spomin).
Cilji, ki jih bodo učenci dosegli:
- znajo dokazati, da toplota prehaja s toplejšega mesta na hladnejše;
- znajo razlikovati med temperaturo in toploto;
- razumejo, da različne snovi različno prevajajo toploto;
- prepoznajo izolacijske materiale in znajo razložiti njihov namen ter poiščejo
primere uporabe v vsakdanjem življenju;
- opišejo različne vrste toplotne izolacije živih bitij in utemeljijo pomen
(Vodopivec idr., 2011).
Pripomočki:
4 kompleti:
- 64 fotografij = 32 parov fotografij (par tvorita fotografiji istega objekta, ena
fotografija je posneta z običajnim fotoaparatom, druga pa z IR kamero)
(priloga 7.1);
- št. učencev x 3 kartončki z vprašanji.
Dejavnost:
60
Učence razdelimo v 4 skupine. Vsaki skupini razdelimo kartončke, ki so tematsko
razdeljeni v 5 skupin (šola, kuhinja, soba, jaz, kopalnica, zunaj), ki so označene z
različnimi barvami ozadij. Učenci naj narobe obrnjene kartončke razporedijo po
mizi kot pri igri spomin. Igrajo se igro spomin, vendar lahko vsak vzame le par tiste
barve, ki je še nima. Na podlagi dobljenih fotografij poskušajo sestaviti smiselno
zgodbo, pri čemer naj uporabijo znanje in izraze, ki so jih spoznali s predhodnimi
aktivnostmi. Namen pripovedovanja zgodbe je, da čim bolj natančno opišejo
posnetke IR kamere. Za domačo nalogo vzamejo tri kartončke z vprašanji (slika
4.1). Izberejo si tri pare fotografij in v povezavi z njimi odgovorijo na vprašanja na
kartončkih. Vse skupaj nalepijo v zvezek.
Slika 4.1: Kartonček z vprašanji za didaktično igro
Komentar in priporočila (za učitelja):
Učitelj pripravi kartončke/fotokopije za skupine. Za vsako igro je potrebno
pripraviti nov material, saj kartončke učenci po končani igri obdržijo.
Učitelj naj učencem po potrebi pomaga pri igri oziroma pri sestavljanju zgodbe.
Učenci, ki končajo predčasno, lahko poskušajo zgodbo zapisati tako, da uporabijo
obratne situacije s kartončkov (npr. če je prej iz pipe tekla mrzla voda, sedaj teče
topla; če je dekle prej držalo skodelico vročega čaja, sedaj drži hladen napitek itd.).
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najnižja ocenjena temperatura: _________, najvišja ocenjena temperatura: ________
S puščicami označi, kje in v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš iz termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo
opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
61
V naslednji uri naravoslovja učenci odgovore s kartončkov z vprašanji samostojno
preverijo, učitelj pa poskrbi za pogovor o ključnih pojmih in vprašanjih (npr. na
nekaj primerih).
V nadaljevanju je primer odgovorov na vprašanja za enega izmed parov. Smiselni
odgovori na vprašanja za ostale pare so podani v prilogi 7.2. Učitelj mora odgovore
učencev smiselno ovrednotiti, saj je morda odgovor učenca lahko pravilen, kljub
temu da ni zapisan med predlogi. Predvidevam, da bo pri zadnjih dveh vprašanjih
največ težav in največ možnih odgovorov, zato nisem povsod napisala predlogov.
Ti dve vprašanji sem označila z zvezdico in smiseln odgovor na to vprašanje
predstavlja bonus.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __100ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, okolica je modre barve, ker ima
nižjo temperaturo kot opazovani predmet.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Kuhalna plošča je prižgana in greje lonček z vodo. Največji toplotni tok teče od lončka v vodo in po
lončku navzgor. Toplotni tok pa teče tudi od lončka v vse smeri v zrak.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. gretje lončka s pomočjo sveče, ognja.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Kuhalna plošča bi bila ugasnjena, v lonček bi natočili vročo vodo.
62
63
5 ZAKLJUČEK
V diplomskem delu sem načrtovala in pripravila serijo eksperimentov o toploti in
temperaturi za učence 5. razreda, pri čemer sem kot glavni učni pripomoček
uporabila IR kamero. Ta je v prvi vrsti atraktiven pripomoček, saj ga v šolah (še) ne
uporabljajo pogosto in zato učence še bolj motivira. Učenci se ob izvajanju
aktivnosti navajajo na eksperimentalno delo, razmišljajo o pojavih in jih skušajo
pojasniti. Največji doprinos diplomskega dela in uporaba IR kamere je, da lahko
učencem abstraktne pojme bolj nazorno prikaže. Vizualizacija pojavov je ena od
pomembnih stvari pri usvajanju in razumevanju novih, abstraktnih vsebin.
Didaktična igra je zasnovana tako, da učence pritegne s posnetki IR kamere, ki
prikazujejo prizore iz vsakdanjega življenja. V vsakdanjem življenju namreč
najdemo veliko primerov, ki so povezani s tematiko toplota in temperatura ter jih
lahko zadovoljivo pojasnimo že z znanjem, ki ga predvideva učni načrt pri
naravoslovju in tehniki v 5. razredu osnovne šole. Učenci lahko tudi sami poiščejo
podobne primere, jih analizirajo in ugotavljajo, kakšen bi bil posnetek s toplotno
kamero oz. ga lahko sami posnamejo in tako preverijo svoje napovedi.
Diplomsko delo je namenjeno učiteljem kot pomoč pri oblikovanju pouka
naravoslovja in tehnike v 5. razredu pri obravnavi tematike o toploti in temperaturi.
V celoti lahko učitelji uporabijo pripravljene fotografije s toplotno kamero, lahko pa
jih uporabijo kot namig za delo v primeru, da imajo toplotno kamero že v naboru
svojih didaktičnih pripomočkov ali pa si jo izposodijo. Ob samostojnem delu in
rokovanju učencev z IR kamero pridobijo učenci nova znanja uporabe naprav in
obdelave podatkov tako s strani IKT kot tudi s strani naravoslovnih vsebin. Učitelji
lahko aktivnosti, ki sem jih predstavila, nadgradijo oziroma dopolnijo v
raziskovalno delo učencev na drugih podobnih primerih, ustvarijo nove posnetke ali
oblikujejo drugačne didaktične igre.
Ob delu z IR kamero sem odkrila marsikaj zanimivega in odprlo se je kar nekaj
predlogov za delo in raziskovanje, kar sem predstavila že sproti v poglavjih.
64
Spoznala sem kar nekaj omejitev, ki jih naprava ima. Na mnogih površinah se
namreč pojavijo odboji. Kamera prilagaja barvno shemo trenutni situaciji in
pogosto ne pokaže tistega, kar pričakuje učitelj. Zato je pomembno, da učitelj pred
izvedbo sam preveri gradiva in omejitve ter se z učenci o njih tudi pogovori.
65
6 LITERATURA IN VIRI
Alwan, A (2011). Misconception of heat and temperature among physics students.
Procedia-Social and Behavioral Sciences, Volume 12, str. 600–614.
Andrassy, M., Borass, I., Švaić, S. (2000). Razvoj uporabnih termografskih metod.
Strojniški vestnik 46 (7), str. 436–443.
Argus 4 Firefighter camera. Pridobljeno s
http://www.federalsensors.com/v/vspfiles/photos/01ARGUS4-2.jpg (3. 8. 2016).
Athee, M. (1996). Temperatura in razumevanje tega pojma. Naravoslovna solnica,
promocijska številka, str. 22–23.
Buh, D. (2015). Konstruktivistični pristop pri poučevanju temperature in toplote v
5. razredu osnovne šole (magistrsko delo). Pridobljeno s http://pefprints.pef.uni-
lj.si/3006 (21. 6. 2016).
Čepič, M. (2002). Modul 3: Toplotni tokovi – didaktika. Interno gradivo za izvedbo
doizobraževanja iz fizikalnega dela naravoslovja 2003/2004. Pridobljeno s
http://www.pef.uni-lj.si/fite/pass05/topltok.pdf (26. 7. 2016).
Goričanec, D., Črepinšek – Lipuš, L. (2008). Prenos toplote. Pridobljeno s
http://atom.uni-mb.si/edu/egradiva/prenos_toplote.pdf (14. 6. 2016).
Grubelnik, V., Marhl, M., Čuješ, R., Virtič, J., Mastnak, M. (2006). Raziskujem in
ustvarjam 5. Delovni zvezek za naravoslovje in tehniko v petem razredu 9-letne
osnovne šole. Ljubljana: Mladinska knjiga.
Hammer on hot iron (n. d.). Pridobljeno s
http://flickrhivemind.net/Tags/anvil,farrier/Interesting (15. 6. 2016).
66
Iglič, A., Kralj-Iglič, V. (2008). Mehanika in termodinamika. Fakulteta za
elektrotehniko.
Iglič, N. (2016). Uporaba didaktične igre pri poučevanju naravoslovnih vsebin v
prvem triletju osnovne šole (magistrsko delo). Pridobljeno s http://pefprints.pef.uni-
lj.si/3480/1/MAGISTRSKO_DELO_Ne%C5%BEa_Igli%C4%8D.pdf (28. 6.
2016).
Infrardeči termometer. Pridobljeno s
https://media.conrad.com/medias/global/ce/1000_1999/1000/1000/1009/100920_R
B_00_FB.EPS_1000.jpg (23. 4. 2016).
Iskrić, G. (n. d.). Fotografije učil in opisi nekaterih poskusov iz fizike za
naravoslovje v 6. in 7. razredu devetletne osnovne šole. Pridobljeno s
http://www.pef.uni-lj.si/gorani/naravoslovje6.&7.html (13. 6. 2016).
Kladnik, R. (1991). Visokošolska fizika. 1. del: Mehanski in toplotni pojavi.
Ljubljana: DZS.
Kolman, A., Mati Djuraki, D., Furlan, I., Klanjšek Gunde, M., Jaklin, M., Jerman,
R. (2010). Naravoslovje in tehnika 5: učbenik za naravoslovje in tehniko v petem
razredu osnovne šole. Ljubljana: Rokus Klett.
Koškin, N. I., Širkevič, M. G. (2003). Priročnik elementarne fizike. Ljubljana: TZS.
Krnel, D., Bajd, B., Oblak, S., Glažar, S. A., Hostnik, I. (2009). Od mravlje do
Sonca 2: naravoslovje in tehnika za 5. razred osnovne šole. Ljubljana: Modrijan.
Kuščer, I., Moljk, A. (1988). Fizika, 2. del. Učbenik za 3. razred srednje šole.
Toplota, nihanje, valovanje, svetloba. Ljubljana: DZS.
Kuščer, I., Žumer, S. (2006). Toplota. Termodinamika, statistična mehanika,
transportni pojavi. Ljubljana: DMFA.
67
Majcen, D. (2014). Didaktične igre pri pouku spoznavanja okolja zunaj učilnice
(magistrsko delo). Pridobljeno s
https://dk.um.si/IzpisGradiva.php?id=45817&lang=slv (23. 6. 2016).
Marhl, M., Mastnak, M., Čuješ, R., Grubelnik, V., Virtič, J. (2006). Raziskujem in
ustvarjam 5: učbenik za naravoslovje in tehniko v petem razredu 9-letne osnovne
šole. Ljubljana: Mladinska knjiga.
Mesec, M. (2015). Učinkovitost didaktičnih iger pri spoznavanju vremena in zmesi
v 2. razredu osnovne šole (magistrsko delo). Pridobljeno s http://pefprints.pef.uni-
lj.si/3007/1/Magistrsko_delo.pdf (28. 6. 2016).
Mesojedec, A., Hribar Kojc, S., Jenko, Š., Mesojedec, D. (2016). Naravoslovje in
tehnika 5. Samostojni delovni zvezek za naravoslovje in tehniko v petem razredu
osnovne šole. Ljubljana: Mladinska knjiga.
Mežnar, P., Slevec, M., Štucin, A. (2015). Radovednih pet. Naravoslovje in tehnika
5 (Učbenik za naravoslovje in tehniko v 5. razredu osnovne šole). Ljubljana: Rokus
Klett.
Novak, I. (2016). Odzivi učencev na didaktične igre pri obravnavi gibanja pri
predmetu spoznavanje okolja (magistrsko delo). Pridobljeno s
http://pefprints.pef.uni-lj.si/3473/1/Magistrsko_delo_Ines_Novak.pdf (28. 6. 2016).
Oštir, K. (2006). Daljinsko zaznavanje. Ljubljana: ZRC.
Planinšič, G. (2010). Didaktika fizike: aktivno učenje ob poskusih. 1, Mehanika in
termodinamika. Ljubljana: DMFA.
Skribe Dimec, D., Gostinčar Blagotinšek, A., Florjančič, F., Zajc, S. (2013).
Raziskujemo in gradimo 5. Učbenik za naravoslovje in tehniko v 5. razredu osnovne
šole. Ljubljana: DZS.
68
Skvarč, M., Glažar, S.A., Marhl, M., Skribe Dimec, D., Zupan, A., Cvahte, M. ...
Šorgo, A. (2011). Učni načrt. Program osnovna šola. Naravoslovje. Pridobljeno s
http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni
_UN/UN_naravoslovje.pdf (9. 5. 2016).
Spekter elektromagnetnega valovanja (n. d.). Pridobljeno s
http://www.germsek.com/wp-content/uploads/2016/02/elektromagnetno-sevanje.gif
(28. 7. 2016).
Strnad, J., Rosina, M., Ramšak, A. (1996). Razvoj fizike. Ljubljana: DZS.
Strnad, J. (2002). Fizika, Prvi del. Ljubljana: Društvo matematikov, fizikov in
astronomov.
Šegula, H. (2005). Toplotni tok (diplomsko delo). Maribor: Univerza v Mariboru,
Pedagoška Fakulteta.
Švaić, S., Boras, I. (n. d.). IC termografija – primjena kod očuvanja kulturne
baštine. Pridobljeno s
http://www.fsb.unizg.hr/termolab/nastava/Kulturna%20bastina_Svaic.pdf (15. 6.
2016).
Termogram (n. d.). Pridobljeno s
http://www.termografija.eu/files/termografija.eu43.jpg (16. 5. 2016).
Težak, B. (2005). Uporaba IR-termografije v fluidni tehniki – 1. del. Ventil 11 (3),
str. 230–236.
Težak, B. (2008). Termografska kamera za gasilce (2.del). Požar 14 (2), str. 7–10.
Thomaz, M. (1990). Student's ideas about heat and temperature. Aveiro: University
of Aveiro.
69
Thomaz, M. F., Malaquias, I. M., Valente, M. C. in Antunes, M. J. (1995). An
attempt to overcome alternative conceptions related to heat and temperature.
Physics Education, 30 (1), str. 19–26.
Tršan, N. (2007). IR termokamere – fizikalne osnove. Delo in varnost 52 (2), str.
19–26.
Verovnik, I., Bajc, J., Beznec, B., Božič, S., Brdar, U. ... Munih, S. (2011). Učni
načrt. Program osnovna šola. Fizika. Pridobljeno s
http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni
_UN/UN_fizika.pdf (9. 5. 2016).
Vodopivec, I., Papotnik, A., Gostinčar Blagotinšek, A., Skribe Dimec, D., Balon, A.
(2011). Učni načrt. Program osnovna šola. Naravoslovje in tehnika. Pridobljeno s
http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/prenovljeni
_UN/UN_naravoslovje_in_tehnika.pdf (9. 5. 2016).
Vollmer, M., Möllmann K.-P. (2010). Infrared Thermal Imaging: Fundamentals,
Research and Applications. Weinheim: Wiley-VCH.
Zupančič, K. (2011). Vloga didaktičnih iger pri pouku (Diplomsko delo).
Pridobljeno s https://dk.um.si/IzpisGradiva.php?id=17872&lang=slv (23. 6. 2016).
Žakelj, A., Mršnik, S., Novak, L., Nolimal, F., Marentič, B., Battelli, C. ... Nemec,
E. (2014). Posodobitve pouka v osnovnošolski praksi. Spoznavanje
okolja/Naravoslovje in tehnika. Pridobljeno s http://www.zrss.si/pdf/pos-pouka-os-
spozn-okolja.pdf (21. 6. 2016).
70
71
7 PRILOGE
7.1 KARTONČKI ZA DIDAKTIČNO IGRO
Tematski sklop ŠOLA:
72
Tematski sklop KUHINJA:
73
Tematski sklop SOBA:
74
75
Tematski sklop JAZ:
76
Tematski sklop KOPALNICA:
77
78
Tematski sklop ZUNAJ:
79
80
7.2 PREDLOGI ZA ODGOVORE NA VPRAŠANJA PRI
DIDAKTIČNI IGRI
V spodnjih predlogih za odgovore so s puščicami nakazane le smeri toplotnih
tokov, velikosti pa ne. Učitelj lahko nalogo modificira tako, da z debelino puščice
učenci nakažejo tudi velikosti toplotnih tokov.
Tematski sklop ŠOLA:
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __100ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, okolica je modre barve, ker ima
nižjo temperaturo kot opazovani predmet.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Kuhalna plošča je prižgana in greje lonček z vodo. Največji toplotni tok teče od lončka v vodo in po
lončku navzgor. Toplotni tok pa teče tudi od lončka v vse smeri v zrak.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. gretje lončka s pomočjo sveče, ognja.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Kuhalna plošča bi bila ugasnjena, v lonček bi natočili vročo vodo.
81
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __100ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, okolica je temno modre barve,
ker ima nižjo temperaturo kot opazovana predmeta.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Vroča kovinska kocka oddaja toploto hladni kovinski kocki, pri tem se vroča kocka ohlaja, hladna pa
segreva. Vroča kovinska kocka oddaja toploto tudi v okolico.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. v vroč lonček odložimo kovinsko žlico.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Kocki bi zamenjali.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __24ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __-10ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladuje oranžna ki je topla barva in predstavlja toplo ozračje.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Ohlajeni kovinski kocki smo položili na plošči iz različnih materialov (stiroporja in kovine). Kovinski
kocki prejemata toploto s prostora in s stiroporne oziroma kovinske plošče. Kovinska kocka se hitreje
segreje na kovinski plošči, ker ta hitreje prevaja toploto iz okolice v kocko (je boljši toplotni previdnik).
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Kozarec hladnega soka na leseni in kovinski mizi. Kozarec hladnega soka se bo hitreje segrel na kovinski
mizi kot na leseni.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Na plošči bi postavili vroči kovinski kocki.
82
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __100ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Temperatura je vedno najvišja v točki na plošči, ki je v stiku z vročo vodo in se niža z oddaljenostjo od
tega mesta. Plošča se postopoma segreva. Toplotni tok torej teče po kovinski plošči z mesta, kjer se stika
z vročo vodo, v sosednje predele plošče.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. segrevanje kovinske žlice, ko jo namočimo v vroč čaj oziroma juho,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Voda bi morala biti hladna, plošča pa vroča.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __36,6ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, temno modra je hladna barva in
predstavlja hladnejšo okolico (mizo).
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Ko toplo roko položimo na hladnejšo podlago, toplotni tok teče s tople roke na hladnejšo mizo.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. nogo položimo na hladne ploščice; pozimi se usedemo na betonsko klop,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Roko/nogo bi morali položiti na nekaj toplejšega (radiator, krušna peč).
83
Tematski sklop KUHINJA:
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __25ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __8ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Hladilnik je prižgan, saj je notranjost hladna. Najnižja temperatura je v spodnjem predelu hladilnika.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. kadar odpremo vrata zamrzovalne skrinje, hladilne torbe, tudi kadar odpremo vrata v sobo z nižjo
temperaturo.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Toplotni tok v obratni smeri teče npr. ko odpremo vratca pečice oziroma okno pozimi, ko je zunanja
temperatura nižja od notranje.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __200ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Pečiča je prižgana, vklopljen je program, kjer grelca grejeta s spodnje in zgornje strani.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. peka v saču, žerjavica greje posodo spodaj in zgoraj, zato se hrana v njej speče.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Pečica bi bila ugasnjena in vanjo bi postavili nekaj vročega.
84
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __25ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __10ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Iz pipe teče hladna voda, saj je voda na termogramu obarvana v hladnih barvah (temno modro).
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. slap v naravi.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Iz pipe bi tekla vroča voda.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __100ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Kuhalna plošča je bila pravkar prižgana, saj se je voda v loncu začela segrevati. Voda v loncu ima
trenutno še nižjo temperaturo od temperature okolice.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. segrevanje hladne vode s pomočjo ognja, segrevanje hladne hrane,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Voda v loncu bi bila vroča, kuhalna plošča pa ugasnjena.
85
Tematski sklop SOBA:
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __70ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Radiator deluje. V radiatorju poteka konvekcijsko gibanje vode. Topla voda se nabira na vrhu radiatorja,
hladna pri dnu. Radiator segreva zrak v njegovi okolici, ki se prične dvigati. Obenem tola gornja plast
vode segreva nižje plasti.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Zrak, ki se ob radiatorju segreva, se dviga pod strop prostora. Ustvari se podobno kroženje in
razporeditev zraka v prostoru, kot je razporeditev vode v radiatorju,
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __70ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Iz pipe teče vroča voda, saj je voda na termogramu obarvana v toplih barvah (rdeče).
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. lava, ki teče iz vulkana, gejzir, s katerega brizga vroča voda,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Iz pipe bi tekla hladna voda.
86
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __50ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Luč gori, sijalke se segrevajo in oddajajo toploto v okolico.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Segreva se tudi večina drugih vrst svetilk, le da se razlikujejo po tem, koliko toplote sevajo npr. žarilna
nitka v starih žarnicah oddaja veliko toplote, LED svetilke pa bistveno manj.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __23ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Toplotni tok ne teče, saj je luč ugasnjena. (Če predpostavimo, da je žarnica rahlo toplejša od okolice, ker
jo vidimo zeleno, teče zelo majhen tok)
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladuje ista barva, kar pomeni, da so objekti v temperaturnem ravnovesju.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Luč je ugasnjena. Toplotni tok ne teče, ker so objekti v temperaturnem ravnovesju.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Vse nedelujoče aparature so v temperaturnem ravnovesju z okolico, ne oddajajo sevanja.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Če bi bila luč prižgana, bi se sijalki segreli in tekel bi toplotni tok.
87
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __25ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __22ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladuje le ena barva, kar kaže na to, da se je toplotni tok skoraj ustavil in so objekti na fotografiji v
temperaturnem ravnovesju.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Majica na stojalu je skoraj suha. Na nekaterih predelih je še vlažna, zato so na termogramu vidni madeži
temno modre barve, ki ponazarja nižje temperature (ker tam voda še izhlapeva).
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __25ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __18ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Majica na stojalu je mokra in ima zaradi izhlapevanja vode iz blaga nižjo temperaturo od okolice. Toploto
prejema od toplejšega zraka iz okolice.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
88
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __35ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Napravi, ki sta na termogramu prikzani v toplih barvah, sta prižgani in se segrevata. Oddajata toploto v
okolico. Ostale naprave so ugasnjene in se zato ne segrevajo.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Vse nedelujoče aparature so v temperaturnem ravnovesju z okolico, ne oddajajo sevanja. Ko jih
prižgemo, se ponavadi pričnejo segrevati.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __25ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __18ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Tanjše tkanine se sušijo hitreje kot debelejše. Različni materiali se različno hitro sušijo.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
89
Tematski sklop JAZ:
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __36,6ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __15ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Oseba je prišla s hladnega na toplo, na kar sklepamo iz temperature bunde, ki je manjša od temperature
okolice. Bunda dobro opravlja svojo nalogo izolacije, saj toplota telesa ne prehaja skozi njo v okolico. Na
termogramu se zelo lepo vidi, da nas pozimi najprej zebe v dele telesa, ki so najbolj izpostavljeni, v tem
primeru opazimo nos in ušesa, ki imajo nižjo temperaturo od preostalega dela obraza. * Smiselno je
primerjati podobne pare med seboj (dekle z bundo, z rokavicami, brez rokavic ter z vročim čajem v
rokah).
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Podobno nas najprej zebe v prste na rokah in nogah.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
90
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __36,6ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __15ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Oseba je prišla s hladnega na toplo, kar se kaže po tem, da je temperatura rok in kapuce oblačila manjša
od temperature okolice. Na termogramu se zelo lepo vidi, da nas pozimi najprej zebe v dele telesa, ki so
najbolj izpostavljeni. Opazimo nos, ušesa in konice prstov, ki imajo nižjo temperaturo od preostalega dela
telesa. *Smiselno je primerjati podobne pare med seboj (dekle z bundo, z rokavicami, brez rokavic ter z
vročim čajem v rokah). Če primerjamo s prejšnjo sliko, lahko vidimo mesta, ki so bila zaščitena z
rokavicami saj imajo višjo temperaturo kot konice prstov..
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __36,6ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __15ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Oseba je prišla s hladnega na toplo, kar se kaže po tem, da je temperatura rokavic in kapuce oblačila
manjša od temperature okolice. Rokavice dobro opravljajo svojo nalogo izolacije, saj toplota telesa ne
prehaja skoznje v okolico. Na termogramu opazimo mrzel nos, ušesa in konice prstov, ki imajo nižjo
temperaturo od preostalega dela telesa. *Smiselno je primerjati podobne pare med seboj (dekle z bundo, z
rokavicami, brez rokavic ter z vročim čajem v rokah).
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Funkcijo toplotne izolacije našega telesa opravljajo tudi kapa, šal, topli čevlji, bunda,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
91
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __27ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __24ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladujeta modra in zelena, ki sta hladni barvi, kar pomeni, da so objekti hladnejši oziroma ni velike
temperaturne razlike.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Levi telefon je prižgan, desni pa ne. Levi telefon se zato rahlo segreva.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Vse nedelujoče aparature so v temperaturnem ravnovesju z okolico, tiste, ki so prižgane vsebujejo
komponente, ki se segrevajo in posledično teče toplotni tok v okolico.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __40ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __15ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Oseba v hladnih rokah drži vročo skodelico, zato je ta na termogramu obarvana z rdečo.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Kadar pridemo s hladnega, se radi nekje pogrejemo, npr. pri vroči peči, radiatorju,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
92
Tematski sklop KOPALNICA:
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __35ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __20ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladujeta modra in zelena, ki sta hladni barvi, kar pomeni, da so objekti hladnejši oziroma ni velike
temperaturne razlike.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Radiator je na termogramu prikazan s toplimi barvami, kar pomeni, da se po njem pretaka topla voda.
Opazimo, da je ob vrhu radiatorja višja temperatura, kot pri dnu. Podobno, kot pri običajnem radiatorju.
Tople barve na površini tal pomenijo, da so ogrevana tudi tla.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. različni radiatorji,..
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __35ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __20ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Radiator je na termogramu prikazan s toplimi barvami, kar pomeni, da po njem teče voda z višjo
temperaturo od okolice. Brisača je na sredini po vsej verjetnosti mokra, kar nakazujejo hladne barve v
sredini brisače.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Npr. sušenje perila na stojalu, ogrevanje prostora z drugačnim/električnim radiatorjem,...
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Če bi bil radiator zaprt, bi se toplotni tok s časom ustavil in bi radiator prešel v temperaturno ravnovesje z
okolico.
93
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __70ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __20ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Območje višjih temperatur na levi strani pipe nam pove, da je iz pipe pred kratkim tekla vroča voda, ki jo
je na levi strani ogrela.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Če bi iz pipe pred kratkim točili hladno vodo, bi bila desna stran pipe izrazito hladnejša.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __70ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __20ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Iz pipe teče v kad vroča voda, kar ponazarjajo tople barve (bela, rdeča, oranžna) na termogramu.
Temperaturne razlike na termogramu nakazujejo toplotne tokove. Topla voda se je ob stiku s hladno
kadjo že ohladila in ima precej nižjo temperaturo od sveže vode, ki priteka iz pipe.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Če bi iz pipe tekla hladna voda, bi se ta ob stiku s kadjo ogrela.
94
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __23ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Toplotni tok ne teče, saj je luč ugasnjena.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladuje ista barva, kar pomeni, da so objekti v temperaturnem ravnovesju.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Luč je ugasnjena. Toplotni tok ne teče, ker so objekti v temperaturnem ravnovesju.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Vse nedelujoče aparature so v temperaturnem ravnovesju z okolico.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Če bi bila luč prižgana, bi se sijalka segrela in tekel bi toplotni tok.
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __23ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __18ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Prevladujeta modra in zelena, ki sta hladni barvi, kar pomeni, da so objekti hladnejši oziroma ni velike
temperaturne razlike.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Krpa na fotografiji je mokra, z nje kaplja voda, kar se na termogramu pokaže kot območje z nižjo
temperaturo.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Če bi krpo zmočili z vročo vodo, bi ta sprva ogrevala okolico. S časom bi se prav tako ohladila.
95
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __36,6ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __20ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Otrokova oblačila dobro opravljajo svojo nalogo izolacije. Nezaščiteni deli telesa imajo višjo temperaturo
in toploti tok v okolico je večji. Na termogramu je vidno tudi, da je slinček moker, saj je na njem madež z
nižjo temperaturo.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Ljudje se pred zunanjimi temperaturnimi vplivi zaščitimo z oblačili. Pri živalih pa pozimi za izolacijo
služi debela koža, tolšča, gosta dlaka.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __50ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __23ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Luč gori, sijalka se segreva in oddaja toploto v okolico.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Segrevajo se tudi nekatere druge sijalke, npr. žarilna nitka v starih sijalkah.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
96
Tematski sklop ZUNAJ:
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __50ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __15ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Siv avto se na soncu močno in hitro segreje. V senci je vpliv sonca manjši, zato se siv avto segreje
bistveno manj, približno na temperaturo okolice.
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Pesek na soncu in v senci.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?
Oceni temperature in z zvezdico določi mesto, kjer je temperatura najvišja.
najvišja ocenjena temperatura: __40ºC__, najnižja ocenjena temperatura: __15ºC__
S puščicami označi, v kateri smeri teče toplotni tok.
Katere barve prevladujejo na termogramu in kaj ponazarjajo?
Rdeča, oranžna, rumena so tople barve in ponazarjajo višje temperature, modra in zelena barva pa sta
hladni barvi, zato ponazarjata nižje temperature.
Podrobno opiši, kaj lahko sklepaš s termograma, na navadni fotografiji pa ni vidno.
Pesek na soncu je vroč zaradi direktnega obsevanja, v senci pa ima nižjo temperaturo. Toplotni tok teče
od vročega peska na soncu v smeri proti pesku v senci. Ta predel je videti zelenkasto obarvan, kar
nakazuje toplotni tok
*Pomisli na še kakšno podobno situacijo, kjer toplota prehaja na podoben način in jo opiši.
Avto na soncu in v senci.
*Kakšne bi morale biti razmere, da bi toplotni tok tekel v obratni smeri?